4. POMPALAR 4.2.3.5.2.2. Dalgıç derin kuyu pompaları Dalgıç derin kuyu pompaları, diğer düşey milli türbin pompaların olumsuz yönlerini elimine etmek amacıyla geliştirilmiştir. Bu tip pompada pompa özel yapılmış bir elektrik motoruyla donatılmıştır ve pompa ile birlikte motor da kuyu içinde çalışmaktadır. Dışarıdan bakıldığında yer üstünde yalnızca çıkış dirseği görülmektedir. Şekil 4.50 de dalgıç derin kuyu pompa örneği verilmiştir. Pompa, kuyuya bir oturma plakası ile bağlanır. Kolon borusunun ucunda bir dirsek vardır. Kolon borusunun ve kademelerin ağırlığını oturma plakası taşımaktadır. Elektrik motoru pompanın altındadır. Elektrik bir kabloyla motora ulaştırılır. Elektrik motoru suya dayanıklıdır. Kuyu çapına uyması için ince, büyük güç elde etmek için de uzun yapılır. Dalgıç pompaların düşey milli pompalara göre bazı olumlu yönleri vardır. Bunlar; a) Dalgıç pompalarda motor ve pompa birbirine direkt bağlandığından uzun miller, yataklar, merkezleme elemanı, yağ borusu gibi yardımcı parçalara ihtiyaç olmamaktadır. Pompa ile mil arasında eksenleme sorunu da ortadan kalkmaktadır. Pompa ve motor eksenlenmiş bir bütün olarak satılmaktadır. b) Toprak yüzeyinde yalnızca çıkış dirseği olduğundan pompa evine gereksinim yoktur. c) Gürültünün istenmediği alanlar için idealdir. Çünkü motor kuyu içinde olduğundan gürültü sorunu olmamaktadır. d) Kurulması kolaydır. Pompa ve motor tek parça olduğundan yalnızca kolon boruları eklenmekte daha kısa sürede montajı yapılmaktadır. e) Dalgıç derin kuyu pompalarda parça sayısı az olduğundan daha az tamir ve bakım gerektirir, uzun süre arızasız çalışabilir. Borunun su ile dolu olması gerekmediğinden otomatik kontrol olanağı sağlar. Dalgıç derin kuyu pompaların bu üstünlükleri yanında su motora girerse bozulmakta, düşey milli derin kuyu pompalarının dışarıdan yapılabilen çark boşluk ayarı bu pompada yapılamamaktadır. Dalgıç pompalarda motor pompanın altına bağlanabildiği gibi pompanın üstüne de bağlanabilmektedir. Motor pompanın altında ise yaş motorlu, motor pompanın üstünde ise kuru motorlu pompa tanımlaması yapılabilir. Kuru motorlu pompada motor pompa ile kolon arasındadır ve suya temas etmemektedir (Şekil 4.51). Pompanın (1) bir emme borusu (2) vardır. Motor (3) ile pompa arasında hava odası (4) bulunur. Hava odasına dışarıdan bir hava borusuyla (5) sürekli hava verilir. Hava borusu kolon borusu (6) yanından toprak üstüne çıkartılır. Pompanın bastığı su; hava deposu ve motor çevresinden geçerek kolon borusuna gelir. Hava deposunun görevi motoru sudan korumaktır. Kuyudaki suyun azalması durumunda özel bir geçitten (7) hava deposuna hava dolar. Kuyudaki su yükselince su hava giriş deliğinden hava deposuna girmeye başlar. Fakat hava depo içinde sıkışacağından fazla suyun girmesi önlenir. Depoda belirli miktarda hava olduğu sürece su seviyesi yükselmez ve motor daima kuru kalır. Hava deposundaki hava azalırsa kompresörle basınçlı hava gönderilir ve havanın belirli miktarın altına inmesi önlenir. Yaş motorlu dalgıç derin kuyu pompalarda, motor pompanın altına bağlanır. Çarklar motor mili uzantısına takılır pompa suyu doğrudan basma 81
borusuna verir. Kuru motorlu pompalarda salmastra kutusuna gereksinim varken yaş motorlularda buna ihtiyaç yoktur. Su, motor ile pompa arasındaki süzgeçten emilir ve motor daima suya batık çalıştığından soğutma motor içinde dolaşan özel yağ ile yapılır (Şekil 4.52). Şekildeki pompada, motor (1) altında bir yağ odası (2) bulunur. Bu yağ soğutmayı sağlar. Şekil 4.50. Dalgıç derin kuyu pompası (1: Oturma plakası, 2: Dirsek, 3: Kolon borusu, 4: Pompa kademeleri, 5: Süzgeç, 6: Elektrik motoru, 7: Elektrik kablosu) (Uz ve Demir 1995) 82
Şekil 4.51. Kuru motorlu dalgıç derin kuyu pompası (1: Pompa, 2: Emme borusu, 3: Motor, 4. Hava deposu, 5: Hava borusu, 6: Kolon borusu, 7: Özel geçit) (Özgür 1983) 83
84 Şekil 4.52. Yaş motorlu dalgıç derin kuyu pompası (1. Motor, 2. Yağ odası, 3. Su, 4. Boru) (Anonim 1968) Yağ sürekli motordan dolaşarak soğutmayı yapar, motorun ısısını alır ve ısıyı suya iletir. Burada higroskopik olmayan özel bir yağ kullanılır. Yağ elektriği geçirmemelidir. Yağ odası altında bir miktar su bulunur (3). Bu su bir boru ile (4) pompa girişi ile irtibatlıdır. Eğer yağ ısınarak genleşirse su bu boru ile dışarı
taşar. Derin kuyu pompalarında kuyu içindeki su yüksekliğinin sürekli gözlenmesi gerekir. Böylece pompanın emişten kurtulması ve susuz çalışması önlenir. 4.3. Eksenel İtme 4.3.1. Tek kademeli pompalarda eksenel itme Bir santrifüj pompanın meydana getirdiği basınç pompanın hem sabit hem de hareketli parçalarına etki etmektedir. Pompanın bu sabit ve hareketli parçaları meydana gelecek basınca göre tasarlanır ve bu basınca karşı koyar. Ancak, bazı durumlarda basınç farklılığının bazı ilave donanımlarla dengelenmesi gerekir. Pompalarda eksenel itme; eksenel doğrultuda etki eden dengelenmemiş çark kuvvetlerinin toplamından oluşmaktadır. Son yıllarda büyük kapasiteli pompalarda eksenel itmeyi dengeleyen yatak bulunduğundan, eksenel itme çoğunlukla tek kademeli pompalarda sorun olmaktadır. Teorik olarak çift girişli çarklarda her iki yandaki emme basınçları birbirine eşit olduğundan eksenel itme ortaya çıkmamaktadır (Şekil 4.53). Şekil 4.53. Çift girişli (a) ve tek girişli (b) çarklarda basınç dağılımı (Karassik ve Carter 1960) Ancak pratikte eksenel itme aşağıdaki nedenlerden dolayı meydana gelebilmektedir. a) Çarkın her iki emme gözüne bağlı emme kanalları eşit ya da homojen akış sağlamayabilir. b) Emme ağzına bağlı dirsek gibi dış koşullar emme ağzında homojen olmayan akışa neden olabilir. c) Gövde çıkışının her iki yanı simetrik olmayabilir ya da çark merkezden kaçık olarak yerleştirilmiş olabilir. Bu da çark gövdesi ile pompa gövdesi arasındaki akışkanın akım karakteristiklerini değiştirir. d) Çarkın her iki gözündeki sızdırmazlık bileziklerinin (aşınma halkalarının) sızdırmazlıklarının eşit olmaması dengenin bozulmasına neden olabilmektedir. Yukarıdaki faktörlerin bir arada etkimesiyle çift girişli çarklarda bile eksenel dengesizlik meydana gelebilir. Bu faktörler özellikle tek girişli çarklarda eksenel itmenin nedenlerindedir. Klasik tek girişli radyal akışlı bir çarkta basınç dağılımı Şekil 4.53.b de görülebilir. Şekilde görülen çarkın ortasında mil geçmekte mil iki noktada yataklanmakta ve iki salmastra kutusu bulunmaktadır. Bu çark eksenel itmenin etkisi altındadır. Çünkü çark gövdesinin ön yüzünün bir 85
kısmı emme basıncının etkisi altındadır. Yani çarkın ön yüzü ile arka yüzü arasında bir basınç farklılığı vardır. Eğer basma odasındaki basınç tüm çark yüzeyi boyunca üniform ise emme ağzına doğru etki eden eksenel kuvvet; çark tarafından meydana getirilen net basınç ile dengelenmemiş halka şeklindeki alanın çarpımına eşittir. Aslında, tek girişli çarkın her iki yüzüne etki eden basınç üniform değildir. Çark gövdesi ile pompa gövdesi duvarları arasında kalan sıvı dönmekte ve çarkın çevresindeki basınç çarkın göbeğindeki basınçtan çok daha büyük olmaktadır. Şekil 4.54 de görülen çarkın ön (I) ve çarkın arka (II) odacıklarını ele alalım. Şekilde (r1) ile gösterilen kısımdaki basınç dengelenmemiş basınç olmaktadır. Yani I odasındaki parabolik basınç dağılımının neden olduğu itme, II odasındaki (r2-r1) arasında kalan halka alana gelen basınç kuvvetlerinin bileşkesi olan itmeyi karşılar. Geriye r1 ile d/2=r0 yarı çapları arasında kalan halka kuşağına II odasından gelen basınç kuvvetleri kalır. Bu bölgede sıvının, çarkın açısal hızının yarısına eşit bir hızla döndüğü kabul edilerek ve çark çıkışındaki basıncı H alarak, bileşke kuvvet aşağıdaki gibi bulunabilir (Özgür 1983). 2 2 2 2 2 U2 r1 r0 F 1. r1 r0.. H. 1 8.g 2 2.r 2 Bu kuvvetin yönü pompanın emme tarafına doğrudur. Çark içinden geçen suyun yön değiştirmesinden dolayı aksi yönde meydana gelen dinamik itme kuvveti (F2) ise; Şekil 4.54. Tek girişli tek kademeli pompada gerçek basınç dağılımı (Özgür 1983) 86 F2.Q. v 0 olarak yazılabilir. Burada; v0: Çarkın girişindeki su hızıdır. F1 ve F2 arasında; F1 F 2
ilişkisi vardır. Bir başka ifadeyle; F F2 1 0 yazılabilir. Burada eksenel itmenin pompanın emme tarafına olduğu anlaşılmaktadır. Tek kademeli tek girişli çarkta eksenel itmenin dengelenebilmesi için çarkın giriş ve çıkış kısmının her ikisine sızdırmazlık bileziği konabilir. Genel olarak çarkın giriş kısmında bilezik bulunmaktadır. Bu durumda sızdırmazlık bileziklerinin iç çapları, itme alanlarını dengelemek için, aynı alınır (Şekil 4.55). Şekil 4.55. Tek kademeli tek girişli çarkta sızdırmazlık bilezikleri ve dengeleme delikleri ile eksenel itmenin dengelenmesi (1: Çıkış basıncı, 2: Çıkış sızdırmazlık bileziği, 3: Alan, 4: Emme-giriş-basıncı, 5: Dengeleme deliği, 6: Giriş sızdırmazlık bileziği) (Karassik ve Carter 1960) Çarkın giriş ve çıkışına sızdırmazlık bileziklerinin takılmasıyla birlikte çarkın arka duvarı üzerinde kanatsız kısma delikler açılarak II odasının bir kısmı emmeye bağlanır ve buradaki basınç düşürülür. Açılan bu deliklere conta takılarak kaçak kayıplarının fazla olması önlenir. Çarkın çıkış bileziğini geçen su bu delikler yardımıyla tekrar emme girişine döner ve böylece ön ve arka odadaki basınç dengelenir (Şekil 4.55). Büyük kapasiteli tek kademeli tek girişli pompalarda dengeleme deliklerinin açılması istenmez, çünkü çarkın arkasındaki suyun emme-giriş-ağzına geçmesi esas akışın düzenini bozar ve türbülansa dolayısıyla kayba neden olur. Böyle pompalarda basma tarafından bir hortumla emme girişine bağlantı yapılır. Tek girişli çarklarda eksenel itmeyi dengelemenin diğer bir yolu da çarkın arka tarafında eğimli kanatların kullanılmasıdır (Şekil 4.56). Bu kanatlar 87
çarkın arka yüzeyine gelen basıncı azaltarak eksenel itmenin dengelenmesine yardımcı olurlar. Bu tasarım genellikle yalnızca kumlu suların iletilmesinde kullanılır. Eğimli kanatlar çarkın arka yüzeyi ile gövde arasındaki boşluğu yabancı materyalden korur. Şekil 4.56. Tek girişli çarkta eğimli kanatlar kullanılarak eksenel itmenin dengelenmesi (1: Eğimli kanatlar, 2: Azaltılmış basınç) (Karassik ve Carter 1960) Buraya kadar; tek girişli tek kademeli, milin çarkın içinden geçtiği ve iki noktada yataklandığı ve iki salmastra kutusunun bulunduğu pompalardaki eksenel itme incelendi. Bu tip pompalarda emme basıncının büyüklüğü bileşke eksenel itmeyi etkilememektedir. Diğer yandan, tek salmastra kutulu ve milin ucuna bağlanmış çarka etkiyen eksenel kuvvetler emme basıncından önemli oranda etkilenmektedir (Şekil 5.57). Bu pompalarda iki salmastra kutulu tek girişli çarklarda bulunan dengelenmemiş kuvvete ilaveten, emme ve atmosfer basıncı arasındaki fark basınç ile salmastra kutusu içinde kalan pompa mil alanının çarpımından oluşan eksenel kuvvet de bulunmaktadır. Bu kuvvet, emme basıncı atmosfer basıncından küçükse çarkın emme tarafına doğru, emme basıncı atmosfer basıncından büyükse aksi yöne doğru etkilemektedir. Eğer bir uçtan bağlamalı çark pompa ekseninden daha aşağıda (emme derinliği) bulunan bir sıvıyı emiyorsa bu ilave eksenel kuvvetin değeri oldukça küçük olur. Örneğin yapılan araştırmalarda salmastra kutusu içinde kalan milin çapı 50,8 mm ve emme yüksekliği 6 m ise, emme ağzına doğru olan eksenel ilave kuvvet yalnızca 12 kp olacaktır. Diğer yandan eğer emme basıncı 72 mss ise ilave eksenel kuvvet 142 kp a yükselecektir ve çarkın basma ağzına doğru etki edecektir. Pompalar her iki koşul için de kullanılabileceğinden uçtan bağlantılı pompalarda eksenel yataklama her iki yönde yapılmalıdır. Yatak seçimi de etki edebilecek kuvvetlerin büyüklüğüne göre yapılmalıdır. 88
Şekil 4.57. Tek salmastra kutulu, uçtan bağlanmış tek girişli çarkta eksenel itme (1: Atmosfer basıncı, 2: Mutlak emme basıncı, 3: Dengelenmiş atmosfer basıncı, 4: Dengelenmemiş manometrik emme basıncı) (Karassik ve Carter 1960) Çok büyük kapasiteli ve özel bazı uygulamalar dışında karışık akışlı ve aksiyal akışlı çarklarda meydana gelen maksimum eksenel itme önemli olmamaktadır. Çünkü bunlarda çalışma basınçları daha düşüktür. Aksiyal akışlı çarklarda eksenel itmeye kanatlar üzerindeki basınç neden olur. Ayrıca biri emme tarafında diğeri basma tarafındaki iki mil göbeğine etkiyen basınçlar arasındaki fark da eksenel itmenin nedenlerindendir. Karışık akışlı çarklarda eksenel itme, çarka ve diğer yüzeylere gelen kuvvetlerin kombinasyonundan oluşur. Eksenel itmenin önlenmesi için hem aksiyal ve hem de karışık çarklarda da sızdırmazlık bilezikleri ve dengeleme delikleri eksenel itmenin dengelenmesi için kullanılabilir. 4.3.2. Kademeli pompalarda eksenel itme Çift girişli çarklarda eksenel itmenin çoğunlukla meydana gelmemesi ya da dengelendiği kabul edilmesi ve bu çarkların daha büyük emme alanına sahip olması kademeli pompalarda kullanılmalarını sağlamıştır. Ancak pratikte bazı kısıtlar bulunmaktadır. Genelde kademeli pompaların kapasiteleri modern santrifüj pompalarınkinden nispeten daha az olmaktadır. Bu nedenle belirli bir verdi için net pozitif emme yükünün küçültülmesi amacıyla çift girişli çark kullanılır. Çift girişli çark kademeli pompalarda ilk kademeyi oluşturabilmekte ancak geri kalan kademelerin çift girişli yapılması zorluklara neden olmaktadır. Bu nedenle pratikte tüm santrifüj pompalarda az da olsa bir eksenel itme bulunmaktadır. Kademeli pompalarda çift girişli çarkların kullanımı pompa milinin gereksiz olarak uzun ve kademeler arasındaki aralığın fazla olmasına yol açmaktadır. Her kademeden çıkan suyun diğer kademeye girmesi için gereken ilave kanallar ilave aralığa neden olmaktadır. İlave aralık milin daha uzun olmasına ve ilave yataklama sorunlarına yol açmaktadır. Milin uzun olmasıyla 89
meydana gelecek mil sapmalarını önlemek için mil çapı artırılmakta ancak bu da su girişini azaltmaktadır. Sonuçta çift girişli çarkın sağladığı avantajlar diğer olumsuzlukların ortaya çıkmasıyla elimine olmaktadır. Bu nedenlerle çift girişli çarkın her kademede kullanılması pratik değildir ve kademeli pompaların tek girişli yapılması daha uygundur. Kademeli pompalarda tek girişli çarklar iki Şekilde düzenlenir. Birinci düzenlemede çarklar birbiri arka sıra bir mil üzerine sıralanır ve bir çarktan çıkan su diğerine girer. Bu tip düzenlemede eksenel itme hidrolik dengeleme düzenleriyle (dengeleme diski ve dengeleme silindiri) önlenir. İkinci düzenlemede çarklar karşıt olarak yerleştirilir. Bir çarkın eksenel itmesi diğer çark tarafından dengelenir. Ancak karşıt düzenlemede tam dengelemenin yapılabilmesi için a) pompada iki salmastra kutusu olmalıdır, b) milin sabit bir çapı bulunmalıdır ve c) çarkın göbeği birbirine yakın kademeleri ayıran gövdenin iç kısmına uzamamalıdır. Bazı özel pompalar dışında çoğu kademeli pompalar birinci koşulu yerine getirirler. Ancak son iki koşul yapısal gereksinimlerden ötürü pratikte mümkün olmamaktadır. Farklı çapta çark göbeği ve sızdırmazlık bilezikleri kullanılmadığı sürece karşıt düzenlenmiş kademeli pompalarda da bir miktar eksenel itme bulunmaktadır. 4.3.3. Hidrolik dengeleme düzenleri Önceki konularda da ifade edildiği gibi tek girişli çarklarda, özellikle çarkın her iki yüzeyindeki basınç farkından dolayı eksenel itme meydana gelmektedir. Kademeli pompalarda tüm çarklar arka arkaya aynı yönde sıralandığında emme girişine doğru oluşan toplam itme her bir çarkın meydana getirdiği eksenel itmelerin toplamından oluşmaktadır. Eksenel itmenin büyüklüğü yaklaşık olarak net pompa basıncının halka şeklindeki dengelenmemiş alanla çarpımından bulunur. Gerçek eksenel itme teorik olarak bulunan eksenel itmenin % 70-80 i civarındadır. Hidrolik dengeleme düzenleri eksenel itmeyi dengelemekte ve en son çarkın yanındaki salmastra kutusuna gelen basıncı azaltmaktadır. Hidrolik dengeleme düzenleri; dengeleme silindirleri, dengeleme diskleri ya da her ikisinin kombinasyonu şeklinde olmaktadır. Şekli 4.58 de dengeleme silindiri görülmektedir. Şekilde en son kademedeki çarkın arkasındaki dengeleme odası bir dengeleme silindiriyle pompanın iç kısımlarından ayrılmaktadır. Silindir, pompa miline bağlı olup birlikte dönmektedir. Dengeleme silindiri ile gövdeye sabitlenmiş ve dengeleme silindir başlığı adı verilen sabit kısım arasında küçük bir radyal açıklık vardır. Dengeleme odası pompa girişiyle irtibat halindedir. Buna göre dengeleme odasındaki basınç emme basıncından biraz büyük olmaktadır. Dengeleme silindirine şu kuvvetler etki etmektedir. a) Çıkışa doğru etki eden, silindirin B alanı ile çıkış basıncının çarpımından oluşan kuvvet, b) Pompa girişine doğru etki eden dengeleme odasındaki basınç ile dengeleme alanı C nin çarpımından oluşan kuvvet. Birinci kuvvet yani çıkışa doğru etkili olan kuvvet diğerinden daha büyüktür ve bu durum eksenel itmenin dengelenmesini sağlar. Eksenel itmenin tamamının ya da hiç olmazsa % 90-95 inin dengelenmesi için silindir çapı seçimi yapılabilir. Yukarıda çark duvarlarına gelen basıncın sabit ve eksenel itmenin toplam net basınçla dengelenmemiş alanın çarpımından oluştuğu kabul edilmiştir. Gerçekte bu basınç, çarkın dış kanadı yüzünden suya etkiyen 90
santrifüj kuvvetten dolayı radyal doğrultuda biraz değişmektedir. Yine çarkın her iki yüzeyindeki ilgili noktalarda basınçlar, çark duvarı ve gövde arasındaki açıklıktan dolayı birbirine eşit olmayabilir (Şekil 4.58 E ve D noktaları). Sonuç olarak çarkın tüm yüzeyindeki basınç dağılımı işletme noktasındaki basınç ve verdiye bağlı olarak değişebilmektedir. Şekil 4.58. Dengeleme silindiri (1. Dengeleme odası, 2. Emme ağzına giden bağlantı, 3. Dengelenmemiş A alanı, 4. B alanı, 5. Dengeleme silindiri, 6. C alanı) (Karassik ve Carter 1960) Dengeleme silindiri tek girişli çarklarda eksenel itmeyi yeterince karşılamakta ve çıkıştaki salmastra kutusuna gelen basıncı azaltmaktadır. Bununla birlikte bir dezavantajı eksenel itmedeki ani değişiklikleri karşılayamamasıdır. Eksenel itme ile dengeleme silindiri kuvvetleri birbirine eşit değilse, döner elemanlar daha büyük kuvvetin doğrultusunda harekete zorlanacaktır. Bu nedenle yataklar bu farklılığı yenecek Şekilde tasarlanmalıdır. Dengeleme silindiri kendisini eksenel itmenin büyüklüğüne göre ayarlayamaz. Zaten dengeleme silindiri ile dengeleme diski arasındaki en büyük fark da bu olmaktadır. Basit bir dengeleme diski Şekil 4.59 da verilmiştir. Son kademeyi oluşturan çarktan sonra mil üzerine tesbit edilmiş bulunan bir disk mil ile birlikte dönmektedir. Dengeleme diski ile dengeleme diski başlığı arasında küçük bir aksiyal açıklık (5) vardır. Bu açıklıktan sızan su ya dengeleme odasına geçer ve oradan ya pompa girişine ya da pompanın emme yaptığı depoya gider. Dengeleme diskinin ön yüzeyi pek çok basıncın etkisi altında iken arka yüzeyine yalnızca dengeleme odasındaki basınç etki etmektedir. Diskin iç ve dış çapı, diskin ön yüzeyine ve arka yüzeyine etkiyen toplam basıncın çarkın eksenel itmesini dengeleyecek büyüklükte olacak Şekilde seçilir. Çarkın eksenel itmesi, diskin meydana getirdiği kuvveti yendiğinde pompa mili blok halinde sola yani emme tarafına doğru hareket eder ve disk ile disk başlığı arasındaki açıklığı azaltır. Bunun sonucu olarak açıklıktan geçen su miktarı ve buna bağlı olarak da dengeleme odasındaki basınç azalır. Bu, otomatik olarak disk üzerine etkiyen basınç farklılığını artırmakta ve sağa doğru bir kuvvetin meydana gelmesini sağlamaktadır, sağa doğru meydana gelen kuvvetin etkisiyle dengeleme diski ile disk başlığı arasındaki aralık artmaktadır. Eğer mil sağa doğru fazla hareket ederse aralık çok artmakta ve dengeleme odasındaki düşük basınç nedeniyle çıkış basıncı da düşmektedir. Bunun 91
sonucunda çarklara etki eden eksenel itme mili sola doğru hareket ettirmekte ve aralığı azaltmaktadır. Bu işlemler otomatik olarak sürekli meydana gelmekte, denge oluşmaktadır. Dengeleme diskinin uygun sınırlar arasında çalışmasını sağlamak için, dengeleme odasındaki basıncın uygun bir değerde tutulması gerekir. Dengeleme odasındaki basıncın değeri ise dengeleme odasını pompa girişine bağlayan kanala bir sınırlandırıcı delik konulmaktadır. Sınırlandırıcı geri dönüşün fazla olmasını önlemekte dengeleme odasındaki basıncın artmasına neden olmaktadır. Ancak bu düzenleme salmastra kutusuna etkiyen basıncın değişmesine ve dolayısıyla ömrünün azalmasına neden olmakta ve bu yüzden istenmemektedir. Şekil 4.59. Dengeleme diski (1: Deliğin sınırlandırılması, 2: Emme ağzına gidiş, 3: Dengeleme diski başlığı, 4: Dengeleme odası, 5: Aksiyal açıklık, 6: Dengeleme odası, 7: Çıkış basıncı, 8: Dengeleme diski) (Karassik ve Carter 1960) Dengeleme silindirinin ve diskinin olumlu yanlarını biraraya getirmek amacıyla her ikisinin kombinasyonuyla eksenel itme dengelenmeğe çalışılmaktadır (Şekil 4.60). Bu düzenlemede mil ile birlikte dönen kısım, disk başlığının silindirik kısmının içinden dönen uzun silindirik bir gövdeden oluşmaktadır. Bu tasarımda radyal açıklık (1) diskin konumuna bağlı olmadan sabit kalırken, aksiyal açıklık (6) pompa milinin konumuna bağlı olarak değişir. Bu tasarımda dengeleme düzenine şu kuvvetler etki eder. a) Çıkış basıncının A alanı ile çarpılmasıyla oluşan kuvvet ile B alanıyla orta emniyet odasındaki 92
basıncın çarpılmasıyla oluşan kuvvetin toplamı olan ve çıkış ağzına doğru etki eden kuvvet. b) C alanı ile dengeleme odasındaki basıncın çarpılmasından oluşan ve emme ağzına doğru yönelen kuvvet. Şekil 4.60. Dengeleme diski ve dengeleme silindirinin kombinasyonu (1: Radyal açıklık, 2: Dengeleme diski başlığı, 3: Dengeleme odası, 4: Emme ağzına dönüş hattı, 5: B alanı, 6: Aksiyal açıklık, 7: C alanı, 8: Orta emniyet odası, 9: Dengeleme diski, 10: A alanı) (Karassik ve Carter 1960) Dengeleme diskindeki konum düzeltme özelliğinin dengeleme odasındaki basıncın ayarlanmasıyla meydana gelmesi bu düzenlemede ortadan kalmakta yalnızca orta emniyet odasındaki basınç değişimine bağlı olmaktadır. Pompa mili sola yani emme tarafına doğru hareket ettiğinde, aksiyal açıklık azalmakta ve orta emniyet odasındaki basınç artmakta B alanına etkiyen basınç da yükselmektedir. Diğer yandan dengeleme odasına sızan suyun azalmasıyla radyal açıklıktaki basınç düşümü azalır ve bu da aksiyal açıklıktaki basınç düşümünü artırır. Orta emniyet odasındaki basıncın artması dengeleme diskini, kuvvetlerin dengelenmesine kadar çıkış tarafına doğru iter. Pompa milinin sağa yani çıkışa doğru hareket etmesi aksiyal açıklığı ve dolayısıyla dengeleme odasına geçişi artıracak, orta emniyet odasındaki basıncı düşürecektir. Orta emniyet odasındaki basıncın düşmesi B alanına etkiyen basıncın düşmesine yol açacaktır. Bu düzenlemede geri dönüş hattına sınırlandırıcı konabilir ancak bu sınırlandırıcı dengeleme basıncından çok geri dönen su miktarını ayarlamaktadır. 93
Hidrolik dengeleme düzenleri (disk ve silindir) ile karşıt çark düzenlemesi arasında hangisini tercih edeceğimize iyi karar vermemiz gerekir. Seçim tasarımcı ve kullanıcı gözüyle yapılmalıdır. Dengeleme düzenlerinin neden olduğu basınç düşümleri, aşınma, ömür, fiyat göz önüne alınmalıdır. 4.4. Santrifüj pompa parçaları Santrifüj pompa parçaları sabit ve hareketli parçalar olmak üzere iki bölümde incelenebilmektedir. Hareketli parçalar pompa mili, çark ve çarka bağlı sızdırmazlık bileziklerinden meydana gelmektedir. Sabit parçalar ise emme ve basma ağızları, gövde, yataklar, sızdırmazlık elemanları (salmastra kutusu) ve çatı (şasi) dan oluşmaktadır. 4.4.1. Çarklar ve sızdırmazlık bilezikleri Çarklar santrifüj pompaların kalbidir. Sıvıyı kanatlarıyla döndürerek kinetik enerji kazandırır, sıvının momentum momentini değiştirir ve ona basınç kazandırır. Pompa çarkları aşağıdaki Şekillerde sınıflandırılırlar. 94 Suyun çarka girişine göre a) Tek girişli çarklar, b) Çift girişli çarklar. Çarkın biçimine ve kanatların şekline göre a) Radyal akışlı çarklar, b) Karışık akışlı çarklar, c) Aksiyal akışlı çarklar. Çarkların mekanik tasarımına göre a) Açık çarklar, b) Yarı açık çarklar, c) Kapalı çarklar. Tek girişli çarklarda sıvı çarka yalnızca tek taraftan girer. Çift girişli çark iki adet tek girişli çarkın sırt sırta yerleştirilmesiyle meydana gelir. Su çarka her iki taraftan girer. Şekil 4.61 de çift girişli bir çarkın kesiti görülmektedir. Genel kullanımlarda tek kademeli aksiyal düzlemde ayrılmalı gövde tasarımlarında çift girişli çark tercih edilmektedir. Bu tasarımlarda tercih edilmesinin iki nedeni vardır. Birinci neden teorik olarak dengelemenin gerekmemesi ve böylece ekstra yataklamaya ihtiyaç duyulmamasıdır. İkinci neden ise, bu tip çarklarda su emme ağzından daha geniş bir alanda çarka girdiğinden tek girişli çarklara oranla kavitasyon tehlikesinin az olmasıdır. Tek girişi çarklar özellikle küçük ünitelerde çok kullanışlıdır. Tasarımı kolaydır ve suyolları dar kanallara bölünmemektedir. Uçtan emmeli pompalarda tek girişli çarkın kullanılması maliyet ve tamir bakım kolaylığı sağlamaktadır. Bu nedenle çoğu radyal düzlemde ayrılan gövdeli pompalarda tek girişli çark kullanılır. Yine pis suların iletiminde de tek girişli çarklar tercih edilir. Kademeli pompalarda da tek girişli çarkların kullanılması önerilmektedir. Çünkü kademeli pompalarda tek girişli çarklar; tasarım, ilk maliyet ve tamir-bakım yönünden avantajlı olmaktadır.
Şekil 4.61. Çift girişli çark kesiti (Anonim 1994a) Çarkın biçimine ve kanatların şekline göre sınıflandırmada radyal akışlı çarklar düz kanatlı ve Francis (vida) kanatlı olabilmektedir. Radyal akışlı çarklar suyu merkezden emip radyal olarak çevreden dışarıya göndermektedir. Düz kanatlı radyal çarklarda kanat yüzeyleri dönme eksenine paraleldir ve tek eğrili olarak adlandırılırlar (Şekil 4.62). Francis kanatlı radyal akışlı çarklarda kanat yüzeyleri dönme eksenine paralel değildir ve çift eğrili olarak yapılmışlardır. Bu çarklara vida kanatlı çark da denmektedir (Şekil 4.63 ve Şekil 4.64) Şekil 4.62. Düz kanatlı radyal akışlı çarklar (a: Tek girişli kapalı çark, b. Açık çark) 95
Şekil 4.63. Francis (vida) kanatlı çarklar (a: Çift girişli kapalı çark, b: Tek girişli düşük özgül hızlı kapalı çark) (Karassik ve Carter 1960) Şekil 4.64. Yüksek özgül hızlı Francis (vida) kanatlı çift girişli kapalı tip radyal akışlı çark Suyu eksenel yönden emip radyal-aksiyal doğrultuda basan yani hem radyal ve hem de aksiyal akış bileşeni olan çarklara karışık akışlı çark denmektedir (Şekil 65.a). Çoğunlukla tek girişli yapılırlar. Bazen bu çarkların düşük özgül hızlarına Francis kanatlı çark da denebilmektedir. Aksiyal akışlı çarklarda su dönme eksenine paralel hareket eder. Sıvının çarka giriş ve çıkışı aynı doğrultuda olur (Şekil 4.65.b). Aksiyal akışlı çarklara pervane, ya da fan da denilmektedir. Radyal çarklardan aksiyal çarklara gidilirken verdi artar, basınç azalır. Yani radyal çarklar yüksek basınçlı düşük verdili, aksiyal çarklar ise yüksek verdili düşük basınçlı olarak anılırlar. 96
Şekil 4.65. Açık tip karışık akışlı (a) ve aksiyal akışlı (b) çark (Karassik vd. 1985) Tek girişli çarklarda özgül hız ile çark profili arasında ilişki Şekil 4.66 da verilmiştir. Kanadın biçimine göre yapılan sınıflandırmada çark sınıfları arasında geçişim bulunmaktadır. Şekilden de görüldüğü gibi özgül hızın artmasıyla akış radyal halden aksiyal hale dönüşür. Çarkın çapı küçülür ve genişliği artar. Hızlı pompalar tam aksiyal tiptedir. Özgül hızın büyümesi ile çark çapının çark çıkış genişliğine oranı küçülmektedir. Bir başka deyişle özgül hız büyüdükçe kanal genişlemekte ve kısalmaktadır. Küçük özgül hızlı pompaların verimlerinin düşük oluşunun bir nedeni de budur. Şekil 4.66. Özgül hıza bağlı çark profil değişimi (a: Radyal düz kanatlı, b: Francis (vidalı) kanatlı radyal akışlı, c: Karışık akışlı, d: Aksiyal akışlı, 1: Çark göbeği, 2: Kanat) (Karassik vd. 1985) Çarklar mile değişik biçimlerde bağlanmaktadır. Tek girişli ve tek kademeli pompalarda çark milin ucuna bağlıdır. Buna karşılık çift girişli pompalar ile kademeli pompalarda mil, çarka bağlandıktan sonra devam eder ve gövde dışına kadar çıkar. Tek taraflı bağlantıda mil, bir ucundan yataklandırılmıştır. Çift taraflı bağlantıda ise mil iki ucundan yataklandırılır ve çarklar iki yatak arasında çalışır. Açık çarklarda yalnızca kanatlar bulunur. Kanatlar göbeğe bağlanmıştır. Kanatlar arasında kısmen ya da hiç perde bulunmaz (Şekil 4.62.b ve Şekil 4.67.a). Bu çarkların en büyük dezavantajı yapısal zayıflılığıdır. Kanatların uzun olması durumunda kısmen perde ya da pervazla desteklenmesi gerekir. Açık 97
çarklar çoğunlukla küçük, pahalı olmayan pompalarda, aşındırıcı materyal içeren sıvıların iletiminde kullanılır. Bu tip çarklar gövdenin yan duvarları arasında ya da gövdenin salmastra ve emme yüzeyleri arasında dönerek çalışır. Çark kanatları ile gövde duvarları arasındaki açıklıktan alternatif hareketli pompalarda olduğu gibi sızmalar (kaçaklar) meydana gelir. Bu sızmalar aşınma arttıkça artar. Aşındığında hem çarkın hem de yan plakaların değiştirilmesi gerekir. Bu önemsiz gibi görünen sızmalar büyük giderlere yol açmaktadır. Şekil 4.67. Açık (a) ve yarı açık (b) tip çark (Karassik ve Carter 1960) Yarı açık çarklarda kanatların arka yüzü kapalıdır (Şekil 4.67.b). Kanatların arka yüzünü oluşturan perde; çarkın arka göbeğindeki basıncı azaltır, yabancı maddelerin çarkın arkasında birikmesini önler ve pompa ile salmastra kutusunun iyi çalışmasını sağlar. Kapalı çarklarda kanatların her iki yüzü kapalıdır (Şekil 4.62.a ve Şekil 4.63.a ve b). Göbekten giren su kapalı yüzeyler arasında kanatlar yardımıyla hareket eder ve çarkı radyal yönde terk eder. Kapalı çark tasarımı her ne kadar sızmayı önlese de temelde sızmanın önlenmesi için sızdırmazlık bilezikleri kullanılır. Özel uygulamalar için özel çarklar tasarlanabilir. Örneğin klasik, keskin kenarlara sahip kanatları olan çarklar; paçavra, yapışkan materyal, katı parçacıkları içeren suların iletiminde kullanılamazlar. Bu gibi durumlarda kullanılabilen tıkanmayı önleyen küt uçlu ve büyük kanallı özel, tıkanmaz çarklar yapılmıştır (Şekil 4.68.a). Anma çapı 406 mm ye kadar olan pompalarda bu tıkanmaz özel çarkların iki kanadı vardır. Pompa büyüdükçe bu çarkların da kanat sayısı artar ve 3 ya da 4 kanatlı olabilir. Şekil 4.68.b de görülen ve kağıt hamuru iletiminde kullanılan çarklar tam açıktır, tıkanmayı önler. Vidalı ve radyal kanatlara sahiptir. 98
Şekil 4.68. Tıkanmayı önleyen radyal kanatlı çark (a) ve kağıt hamuru iletiminde kullanılan özel imal edilmiş çark (b) (Karassik ve Carter 1960) Pompa çarkları; dökme demir, çelik döküm, çelik yapı, bronz, pirinç, kalıplanmış lastik, cam elyafı ya da pompalanmakta olan akışkana uyumlu her türlü malzemeden yapılabilir. Santrifüj pompaların düzgün çalışabilmesi için yüksek basınç bölgesi (çark çıkışı) ve alçak basınç bölgesi (çark girişi) arasında geçişin engellenmesi gerekir. Aksi durumda çark çıkışından çark girişine su dönüşü oluşacak ve verim düşecektir. Çark bir nevi yüksek basınç bölgesi ile alçak basınç bölgesi arasında bir engel oluşturuyorsa da çarkla pompa gövdesi arasında bir miktar çalışma boşluğu bulunmaktadır. Bu boşluğun doldurulması ve çark çıkışından çark girişine sıvı geçişinin engellenmesi gerekir. Bu su geçişi sızdırmazlık bilezikleri ya da aşınma halkaları yardımıyla en aza indirilebilmektedir. Sızdırmazlık bilezikleri çark ile gövde arasında kolay ve ekonomik olarak yenilenebilen bir conta görevini görmektedir. Sızdırmazlık bileziklerinin su içindeki yabancı maddelerce aşındırılması durumunda değiştirilebilmesi büyük yararlar sağlamaktadır. Sızdırmazlık bilezikleri çarkın ve gövdenin zarar görmesini önler. Eğer hem gövdede ve hem de çark da bilezik varsa yalnızca bilezikler değiştirilir. Ancak yalnızca gövde de bilezik kullanılıyorsa çark ve bilezik birlikte değiştirilmelidir. Sızdırmazlık bileziği kullanılmıyorsa aşınan parçalar ya değiştirilir ya da onarılır. Şekil 4.69 da santrifüj pompalarda kullanılan sızdırmazlık bileziklerinin çeşitli tipleri görülmektedir. Şekil 4.69.a da, küçük ve basit pompalarda kullanılan sızdırmazlık bilezikleri verilmiştir. Bu düzenlemede bilezikler ayrı bir parça halinde değildir. Çark ve gövde yüzeyleri işlenerek yapılır. Aşınma durumunda aşınmış yüzeyler kaynakla veya metal püskürtmeyle doldurulur ve yeniden işlenir. Yüzeylerin kaynakla doldurularak işlenmesi oldukça zordur. Bu nedenle özellikle gövde üzerinde değişebilir bileziklerin kullanılması yeğlenir. Küçük pompalarda değiştirilecek parçalar fazla pahalı değildir. Ancak büyük pompalarda maliyet yüksektir. Şekil 4.69.b ve c de görülen düzenlemelerde sızdırmazlık bilezikleri değiştirilebilir. 99
Şekil 4.69. Sızdırmazlık bilezikleri (a: Gövde ve çark yüzeyine işlenmiş sızdırmazlık bileziği, b: Gövdeye takılmış sızdırmazlık bileziği, c: Hem gövdeye ve hem de çarka takılmış sızdırmazlık bileziği, 1: Çark, 2: Gövde, 3: Gövde bileziği, 4: Çark bileziği) (Karassik ve Carter 1960) Bilezikler çark ve gövde üzerine pres geçme veya sökülme kolaylığı olması bakımından genellikle vidalı bağlanırlar. Bilezikler sert kolloid madde bulunan suların iletiminde aşınmaya karşı çelik malzemeden yapılırlar. Diğer koşullarda pirinç veya bronz malzeme kullanılır. Aşınma durumunda bilezikler arasındaki boşluğun kontrol edilmesi gerekir (Şekil 4.70). Şekilde bilezik iç çapına göre boşluk ve tolerans değerleri verilmiştir. Tolerans değerleri çark bileziği için (-) gövde bileziği için (+) alınmalıdır. Örneğin bilezik çapı 250 mm olan bir pompada tolerans 0,08 mm ve boşluk değeri çap boşluğu olarak e= 0,40 mm dir. Buna göre gövde bilezik iç çapı ( 250 0,08 mm) ölçüsünde olmalıdır. Boşluk değerine göre çark 0,00 bileziği dış çapı 250-0,40=249,60 mm olur. Tolerans göz önüne alınırsa çark bileziği çap ölçüsü ( 249,60 0,00 mm) olmalıdır. Bilezik ölçüleri bu değerlere 0,08 göre, boşluk iki katına çıkınca değiştirilmelidir. Aksi durumda pompa verimi oldukça azalır. Çarklar mile vida, kama veya konik bileziklerle bağlanır. Tek taraflı millerde genellikle vidalı veya kamalı bağlantı kullanılır. Kamalı bağlantı bir emniyet somunu ve rondela ile donatılır. Gerek emniyet somunu gerekse vidalı bağlantıda vidalama yönü, pompa dönerken sıkışacak yönde olmalıdır. Konik bilezikler daha çok kademeli pompa çarklarında kullanılan bağlanma tipidir. Küçük çaplı çarklar pompa miline doğrudan doğruya vidalanmakta ve sıkma somunu kullanılmamaktadır. 100
Şekil 4.70. Aşınma bileziklerinde boşluk ayarı (Karassik vd. 1985) Çarkların balanslanması önemlidir. Çarkın dönme ekseninden itibaren eşit uzaklıktaki noktalardaki ağırlıklar eşit olmalıdır. Bu nedenle statik ve dinamik balanslanmasının yapılması gerekir. 4.4.2. Pompa mili Pompa milinin görevi motordan aldığı momenti çarka ve diğer döner elemanlara iletmektir. Bu işlevi yerine getirirken pompanın sabit ve döner parçaları arasındaki boşluğu, eğilme nedeniyle, azaltmamalıdır. Pompa mili üç yükle karşılaşmaktadır. Bunlar; iletim momenti, parçaların ağırlıkları, aksiyal ve radyal yüklerdir. Bir milin tasarımında; maksimum izin verilen sapma (eğilme), mil uzunluğu, yatakların yeri göz önüne alınmalı ve kritik hız hesaplanmalıdır. Kritik hız mil çapının seçiminde anahtar faktördür. Bu nedenle kullanıcının mil seçiminde bu konuda bilgisinin olması gerekir. Her elastik malzemenin bir doğal titreşim frekansı vardır. Pompa mili doğal frekansında titreşime uğradığında en az dengesizliğe uğrayacaktır. Ya da pompanın en düzenli olarak çalışacağı hız sınırı kritik hızdır. Klasik santrifüj pompalarda teorik olarak döner parçalar mil etrafında dönmekte ve döner parçaların ağırlık merkezi mil ekseni üzerinde olmaktadır. Ancak bu durum pratikte mümkün olmamaktadır. Çünkü konstrüksiyonda hatalar olmakta ve parçaların özgül kütleleri farklı olabilmektedir. Bundan dolayı her pompada bir santrifüj kuvvet oluşmakta ve bunun sonucu olarak da milde sehim (eğilme) meydana gelmektedir. Santrifüj kuvvetin, milin elastiklik sınırı kuvvetini geçtiği dönme hızında, mil titreşmeye başlamakta ve bu böyle devam ettiğinde milin kırılmasına yol açmaktadır. Kritik hız, birinci, ikinci, üçüncü kritik hız gibi sınıflandırılabilmektedir. Rijit millerde çalışma hızı birinci kritik hızın, esnek millerde ise çalışma hızı ikinci kritik hızın altında olmalıdır. Tasarımda öncelikle pompanın birinci kritik hızın altında mı üstünde mi çalışacağına karar verilmesi gerekir. Mil birinci kritik hızı geçtiğinde de sıkıntılar ortaya çıkmayabilir. Çünkü sürtünme kuvvetleri milin sehimini sınırlandırabilmektedir. Rijit millerde 1750 min -1 ve elastik millerde 3600 min -1 kadar olan dönme hızları tasarımda kullanılabilecek hızlardır. Milin kırılmasına kritik hızın yanında mildeki ve döner parçalardaki dengesizlikte etki eder. Bu nedenle pompalar kritik hızın üstünde şu koşullarda çalıştırılabilir. a) İlk 101
çalıştırmada pompanın belli bir hıza ulaşması için kısa süreli olarak kritik hızın üstüne çıkılabilir, b) Salmastra kutusundaki ve sızdırmazlık bileziklerindeki pompalanan su milin titreşimine engel olursa kritik hızın üstünde çalışılabilir. Pompanın ağır millerde % 20, hafif millerde ise % 60-75 oranında kritik hızın üstünde çalışabileceği kabul edilmektedir. Pompa milleri; aşınmaya, korozyona karşı kovanla (bilezikle) donatılır. Özellikle salmastra kutusunda, yataklarda, çarkta milin doğrudan temasını önlemek ve aşınma durumunda mil yerine kovanın değişmesini sağlamak amacıyla milin dışına bir kovan geçirilir. Orta kapasiteli özellikle çift girişli ve çok kademeli pompalarda kovan mile bir dış somunla tutulur. Bunlarda kovanın dönmesi çarktaki bir kamayla önlenir. Pompa milleri genellikle paslanmaz çelikten veya korozyona dayanıklı malzemeden yapılır. Kovanlar ise yüksek karbon çeliğinden, paslanmaz çelikten ya da pirinçten imal edilir. Paslanmaz çelik pahalı fakat uzun ömürlü, pirinç ucuz ancak kısa ömürlüdür. Yüksek karbon çeliği; pirinç ile paslanmaz çelik arası bir ömre sahiptir. 4.4.3. Gövde Gövde, çark tarafından suya verilen kinetik enerjiyi basınç enerjisine dönüştürür, çarktan çıkan suyu basma borusuna iletir ve pompanın giriş-çıkış ağızlarının boru hattına bağlanmasına yardımcı olur. Gövde ayrıca pompa çarkına, mile ve salmastra kutusuna yataklık eder. Volüt (salyangoz) ve difizör tip olmak üzere iki tipte imal edilirler. Volüt gövde, çark tarafından hız kazandırılan sıvıyı bir kanalda toplar ve kinetik enerjisini basınç enerjisine dönüştürür (Şekil 4.71.c). Volüt gövdede kesit alanı başlangıçtan itibaren artarak devam eder ve 360 o döndükten sonra çıkış kesitine ulaşır. Volüt gövde yapımında iki yöntem kullanılır. Bunlar değişen hızlı ve sabit hızlı gövdelerdir. Değişen hızlı gövdelerde I. kesit verdinin ¼ ünü, II. kesit yarısını, III. kesit ¾ ünü ve son olarak IV. kesit 4/4 ünü iletir (Şekil 4.71.a). Çarkın dış yarıçapı R2 ile gösterilirse, başlangıç kesiti ile çıkış kesitini birbirinden ayıran ve gövde dili denen kısmın pompa eksenine olan uzaklığı (Rd); Rd= (1,05...1,10).R2 olmalıdır. Bu da türbülansı ve gürültüyü önlemektedir. Sabit hızlı gövdelerde suyun gövde içindeki hızı radyal ve döner akışın birleşimi olan spiral biçimindedir. Sabit hızlı volüt gövdenin herhangi bir noktasındaki verdi; q= Q.( /360) ile hesaplanır. Burada başlangıç noktasıyla ele alınan nokta arasındaki açıdır. Bu tip gövdelerde çıkış ağzına 10 o lik bir koniklik verilir (Şekil 4.71.b) 102
Şekil 4.71. Volüt (a: Değişen hızlı, b: Sabit hızlı, c: Genel iç görünüş) ve difizör (d) gövde (Hicks 1957) Difizörlü gövdede, çark ile salyangoz gövde arasına difizör (yayıcı) denen bir halka yerleştirilir (Şekil 4.71.d). Bu halkanın içinde suyu yöneltici kanatlar vardır. Kanatlar arasında kalan kanallar difizör görevi görürler. Yani hız enerjisini basınç enerjisine dönüştürürler. Difizörlü gövde tek kademeli pompalarda nadiren kullanılır. Buna karşılık çok kademeli pompalarda difizör gövde kullanmak gerekir. Difizör gövdenin verimi yüksektir ancak getireceği ek maliyet verimin yüksekliğiyle oluşan yararı dengelemektedir. Difizörlü gövdenin işletme noktası dışında çalışması durumunda darbeler meydana gelebilmekte, akışın türbülanslığı artmaktadır. Bu da pompanın düzensiz çalışmasına yol açmakta, Hm-Q eğrisi düşmektedir. Difizörlü gövde ayrıca çark çapını da sınırlandırmaktadır. Volüt gövde de çark çapı % 20 oranında azaltılabilirken, difizörlü pompada çark çapı % 5-10 arasında azaltılabilmektedir. Çünkü çark çapının fazla küçültülmesi sonucu çark çevresi ile difizör kanatları arasındaki boşluk ve buna bağlı olarak da hidrolik kayıplar artmaktadır. 103
Tek kademeli volüt gövdeli pompalarda, işletme noktasında çark üzerinde homojen ya da homojene yakın basınç dağılımı elde edilir. Ancak işletme noktası dışına çıkıldığında çark çevresindeki basınç homojen değildir ve bileşke bir radyal itme yükü (F) oluşur (Şekil 4.72). Radyal itme yükü Şekil 4.73 de de gösterildiği gibi verdiye bağlı olarak değişebilmektedir. Verdi sıfır iken radyal yük maksimum olup verdi arttıkça yük belirli bir noktaya kadar azalmakta, sonra tekrar artmaktadır. Şekil 4.72. Tek kademeli volüt gövdeli pompada çark etrafında homojen (a) ve homojen olmayan basınç dağılımı ve radyal itme yükü (b) (Karassik ve Carter 1960) Şekil 4.73. Tek kademeli volüt pompada radyal itme yükünün verdiye bağlı değişimi (Karassik ve Carter 1960) Verdi sabit iken radyal itme yükünü manometrik yükseklik, çark çapı ve genişliği etkilemektedir. Buna göre çark çapı büyük, basıncı yüksek pompaların radyal itme yükleri daha fazla olacaktır. Genellikle sıfır bir radyal yük elde edilemez. Difizör gövdeler için de aynı açıklamalar yapılabilir. Santrifüj pompaların tasarımında pompa mili ve yatağının boyutlarını milde izin verilen sapma ve iletilecek moment etkilemektedir. Milin sapma (eğilme) miktarı ise çarkın ağırlığına, radyal itme kuvvetine ve yataklar arasındaki uzaklığa bağlıdır. 104
Pompaların çoğunlukla işletme noktasındaki verdinin altında çalışması nedeniyle, pompaların bu koşullarda çalışmasını kolaylaştırıcı ya da olumsuz etkisini ortadan kaldırıcı önlemler alınmaktadır. Bu önlemlerden birisi daha ağır mil ve yatak kullanmaktır. Ancak bu çözüm düşük basınçlı pompalar dışında ekonomik olmamaktadır. Bu nedenle tek pratik çözüm küçük kapasitelerde radyal itme kuvvetinin değerini küçülten gövde tasarımıdır. Bu gövde tasarımlarından bir tanesi Şekil 4.74 de görülen çift volüt gövde tasarımıdır. Şekil 4.74. Çift volüt gövde (Karassik ve Carter 1960) Bu tasarıma aynı zamanda ikiz volüt ya da çift volüt denmektedir. Bu gövde tasarımında iki adet 180 o lik volüt vardır. Geçiş yoluna bir yönlendirici ya da kılavuz kanat ilave edilir. Bu, çark, mil ve yataklar üzerindeki yükü hafifletir, iç radyal kuvveti böler ve dengeler. İkiz volüt pompalara bazen kanat pompaları da denir. Çift volüt gövdenin imalatı özellikle yatay düzlemde ayrılabilen çift girişli pompalarda çok zor olmaktadır. Bu tip düzenleme, büyük verdili, orta ve yüksek basınçlı pompalarda gövdeyi güçlendirmektedir. Bu güçlendirme kılavuz kanatların gövde duvarları üzerindeki gerilmeleri azaltmasıyla kendisini göstermektedir. Kılavuz kanatlar, çok kademeli pompalarda çıkış basıncını dengeler ve sıvıyı bir sonraki kademenin emme bölgesine yönlendirir. Pik dökümden yapılan gövde üzerinde emme ve basma flanşları bulunur. Gövde üzerinde çarkın dönüş yönünü gösteren bir ok ile, doldurma ve boşaltma tapalarının da bulunması gerekir. Boşaltma tapası özellikle pompa kumlu su ilettiği zaman önemli olmaktadır. Paslanmayı önlemek bakımından gövdenin suyla temas eden kısımları suyun etkisiyle çıkmayan boyayla boyanmalıdır. Pompada gövde dilinin aşınması halinde kaynakla doldurulup eski haline getirilmesi gerekir. Basma borusuna gitmesi gereken suyun bir kısmı tekrar gövde içerisine döneceğinden verim azalır. Gövde üzerinde bulunan bağlantı flanşlarının ve bağlantı deliklerinin standarda uygun olması gerekir. Gövde parçaları birbirine birleştirilirken aralara konan contalarda sızma olmaması için yüzeylerin iyi bir Şekilde işlenmesi gerekir. TS 268 e göre gövde statik basınca tutulur. Pompa, azami basıncının (Q= 0 olduğu nokta) 1,5 katı statik basınca tabi tutulduğunda gövdede terleme ve sızma olmamalıdır. 105
4.4.4. Salmastralar ve sızdırmazlık elemanları Salmastralar, santrifüj pompa parçalarının en önemlilerinden birisidir. Salmastra, mil ile gövde arasındaki sızdırmazlığı sağlar ya da bir başka değişle pompadaki su kaçaklarını kontrol altına alır. Sızdırmazlık elemanları ve diğer yardımcı elemanlar bir arada bir kutu içinde bulundurularak sızdırmazlık sağlanır. Bu kutuya salmastra kutusu denir. Salmastra kutusu; Şekil 4.75 de görüldüğü gibi pompa emme derinliği koşulunda çalışıyorsa yani pompa ekseni emme su düzeyinin üstünde ise dışarıdan pompanın içine hava emilmesini önler. 106 Şekil 4.75. Emme derinliği ile çalışan pompa (Anonim 1994a) Eğer pompa emme yüksekliği koşulunda çalışıyorsa yani pompa ekseni emme su düzeyinin altında ise salmastra kutusunun görevi pompa içinden pompa dışına su sızmasını önlemektir (Şekil 4.76). Küçük kapasiteli pompalarda, mil tek yerden yataklanır ve bu gibi pompalarda tek salmastra kutusu kullanılır. Mil, pompa çarkını geçiyor ve iki taraftan yataklanıyorsa iki adet salmastra kutusuna ihtiyaç vardır. Salmastra kutusunun görevi sızdırmazlığı sağlamaktır. Ancak pek çok pompada sızdırmazlık elemanlarından az miktarda bir kaçağın olması istenir. Bu kaçak mil ile salmastra kutusu içindeki sızdırmazlık elemanlarının yağlanmasını ve yüzeylerin soğumasını sağlar. Değişik salmastra kutusu uygulamaları vardır. Santrifüj pompalarda en çok kullanılan salmastra kutusu Şekil 4.77 de görülen tek parça sıkı doldurulmuş salmastradır. Bu düzenlemede emme tarafında bir dayanma faturası vardır. Salmastra elemanları bir kapakla bastırılarak sıkıştırılır. Salmastra elemanları aşındıkça ve kaçak arttıkça bu kapak sıkıştırılarak ayarlama yapılabilir. Ayarlama yaparken elemanların fazla sıkılarak ezilmemesine dikkat edilmelidir. Salmastrada, mil ile salmastra elemanlarının soğutulması için 1 2 damla/min kaçağa izin verilmelidir.
Tek parça sıkı doldurulmuş salmastra kutuları emme yüksekliğinde çalışan pompalar içindir. Emme derinliğinde çalışmada yani pompa ekseni emme su düzeyinin üstünde olan pompalarda sızdırmaz ya da akışkan basmalı tip salmastra kutuları kullanılır. Şekil 4.76. Emme yüksekliği ile çalışan pompa (Anonim 1994a) Şekil 4.77. Tek parça sıkı doldurulmuş salmastra kutusu (Anonim 1994a) Bu tip salmastra kutularında sızdırmazlık ya da havanın pompa içine girmesinin önlenmesi için yardımcı akışkan kullanılır. Bunlarda sızdırmazlık yapan sıvıyı kutu içinde dağıtan su halkası ya da fener halkası adı verilen pirinçten veya plastikten yapılan ve salmastrayı ikiye bölen halka vardır (Şekil 4.78). Yardımcı sıvı pompanın çıkışından ya da başka bir kaynaktan alınabilir. Yardımcı sıvı pompa dışındaki bir kaynaktan sağlanıyorsa bu pompaya dıştan sızdırmaz, pompanın kendisi tarafından sağlanıyorsa bu pompaya içten sızdırmaz pompa denir (Şekil 4.79). Eğer iletim suyu kumlu, aşındırıcı madde içeriyorsa sızdırmazlık yapan yardımcı akışkan dış kaynaktan sağlanmalıdır. 107
Dıştan sızdırmaz pompalarda yardımcı su akışkanın basıncı pompanın emiş basıncından daha büyük olmalıdır. Yine yardımcı sıvının iletim suyuyla uyum içinde olması gerekir. Akışkan basmalı tip salmastra kutusunun değişik bir biçimi Şekil 4.80 de görülmekte olup Dolaşımlı salmastra kutusu adını almaktadır. Bu sistemde yardımcı sıvı akışkan salmastra kutusunun bir tarafından girer, salmastra elemanlarından geçer ve pompa gövdesinin karşı tarafında bulunan delikten dışarı atılır. Şekil 4.78. Su (fener) halkası (Anonim 1994a) 108 Şekil 4.79. Akışkan basmalı salmastra kutuları (Anonim 1994a) Akışkan kaçırmalı salmastra kutusu uygulanan diğer bir yöntemdir (Şekil 4.81). Bu tip salmastra kutusunda basılan akışkandan az bir miktar pompa tarafından; içeride salmastra kutusunun boğaz burcu içine basılır. Akışkan boşaltma yerine kaçırma noktası denir. Bu kaçak, akışkanın ziyan olmaması için genellikle sistemin emme tarafına bağlanmıştır. Eğer sızdırmazlığı sağlayan sıvı salmastra kutusunun hemen önündeki pompa gövdesine basılırsa buna akışkana basmalı-kaçırmalı salmastra kutusu sistemi denir. Bunda kaçırılan akışkan atık madde olarak işlem görür (Şekil 4.82).
Salmastra elemanları sentetik malzeme, pamuk, keten, teflon, karbon, grafit gibi malzemelerden yapılabilir. Malzemeler örülerek kullanılır, uzun ip halinde ya da belirli ölçülere göre satın alınabilir. Salmastra malzemelerinden keten ve pamuk soğuk sıvıların iletiminde kullanılır. Eğer sıvı sıcaklığı 105 o C nin üzerinde ise genellikle teflon, sentetik malzeme, karbon ya da grafit esaslı salmastra elemanları kullanılır. Sıcaklık 230 C o yi geçerse alüminyum gibi metalik salmastra elemanlarının kullanılması önerilir. Şekil 4.80. Dolaşımlı salmastra kutusu (Anonim 1994a) Şekil 4.81. Kaçırmalı salmastra kutusu (Anonim 1994a) 109
Şekil 4.82. Akışkan basmalı-kaçırmalı salmastra kutusu (Anonim 1994a) Yukarıda gördüğümüz tüm salmastra kutusu çeşitlerinde sızdırmazlık aksiyal yüzeylerde yapılmaktadır. Salmastranın bir başka tipi olan mekanik salmastralar, sızdırmazlığı aksiyal yüzeyler yerine radyal yüzeylerde yapmaktadır. Mekanik salmastraların yukarıda gördüğümüz normal salmastralardan farkı şöyle sıralanabilir. a) Mekanik salmastralar daha iyi bir sızdırmazlık sağlar, b) Daha az bakım gerektirirler, c) Daha yüksek basınca dayanıklıdırlar, d) Daha pahalıdırlar ve bu nedenle normal salmastraların kullanılamayacağı yerlerde kullanılırlar, e) Sızdırmazlık yüzeyleri aksiyal değil dönme eksenine göre radyal düzlemdedir. Mekanik salmastraların tümünde iki temel parça vardır. Bunlar döner ve sabit parçadır (Şekil 4.83). Döner parça pompa miline, sabit parça ise pompa gövdesine bağlıdır. Aşınma yüzeyleri işlenerek parlak hale getirilmiştir. Sızdırmazlık sağlamak için aşınma yüzeylerinin sürtünmesine bir yayla süreklilik kazandırılır. Yüzeyler birbirine sürtünerek döner ve sızdırmazlığı sağlar. Yüzeyler arasında çok az miktarda su sızması, iki yüzey arasında yağlama ve soğutmayı sağlar. Mekanik salmastralar parçalı ve birleşik üniteli (kartuşlu) olabilmektedir. Parçalı mekanik salmastralar iki parçalı yapılırken kartuşlu salmastralarda sabit parça dışında bütün parçalar bir metal yuva içindedir. Sabit parça pompa gövde yuvasına monte edilmiştir. 110
Şekil 4.83. Mekanik salmastra (Anonim 1994a) Mekanik salmastralar monte edilme ve çalıştırılma biçimine göre de 3 e ayrılır (Şekil 4.84). Bunlar; a) İçten elemanlı (iç salmastra), b) Dıştan elemanlı (dış salmastra), c) Çift elemanlı (çift mekanik salmastra) dır. Şekil 4.84. Monte edilme ve çalıştırılma biçimine göre mekanik salmastralar (Anonim 1994a) İçten elemanlı salmastrada döner eleman salmastra kutusu iç yüzeyine bağlıdır ve pompalanan sıvı ile devamlı temas halindedir. Sabit parça dışarıya yerleştirilmiştir. Dıştan elemanlı salmastrada içten elemanlı salmastranın aksine sabit parça pompanın akışkan tarafına, döner parça pompa gövdesinin dışına monte edilmiştir. Hem içten, hem de dıştan elemanlı salmastralarda bir adet sızdırmazlık elemanı kullanılmıştır. Çift elemanlı salmastrada iki salmastra elemanı kullanılır. Bu tipte, sabit parçalar salmastra bölgesinin dış sınırlarında olmak üzere sırt sırta monte edilmiştir. Sabit parçanın birisi salmastra kutusunun iç kenarına, sıvıya yakın monte edilmiştir. Diğer parça ise salmastra kutusunun dış kenarına yerleştirilmiştir. 111
Mekanik salmastralara bir örnek de Şekil 4.85 de görülmektedir. Gövde ile salmastra kutusu kapağı arasındaki sızmalar gövde ile kapak arasında bulunan normal contalar ile önlenir. Salmastra elemanı ile mil arasındaki sızmalar için sentetik bilezikler kullanılır. Sürtünen yüzeyler arasındaki sızmalar ise yüzeylere etkiyen bir yay ile önlenmektedir. Şekil 4.85 de görüldüğü gibi salmastra mil üzerine bağlıdır. Mil (1) ile salmastra elemanı arasındaki sızma bir sentetik conta (2) ile önlenmektedir. Salmastra yayı (3), çarka (4) oturmaktadır. Salmastra elemanı (5), sabit yüzey (6) üzerinde dönerek çalışmaktadır. Bu parça ile salmastra kutusu kapağı arasında ayrı bir conta (7) bulunmaktadır. Şekil 4.85. Mekanik salmastra kesiti 4.4.5. Pompa yatakları Santrifüj pompalarda pompa yataklarının görevi; radyal ve aksiyal yükler altında pompa milini sabit parçalara göre dönme ekseninde tutmaktır. Yataklar taşınan yüke göre ve yapılarına göre sınıflandırılabilirler. a) Taşınan yüke göre - Radyal yük taşıyan yataklar, - Aksiyal yük taşıyan yataklar. b) Yapılarına göre - Düz (kaymalı) yataklar, - Rulmanlı yataklar Pompalarda sıraladığımız bu yatakların tümü kullanılabilir. Hatta aynı pompada farklı tip yatakta kullanılabilmektedir. Yatay eksenli pompalarda radyal, düşey eksenli pompalarda aksiyal yataklar kullanılır. Tek girişli pompalarda çark milin 112
ucuna bağlıdır ve tek taraftan bir çift yatakla yataklandırılır. Yatak milin gövdeye girişinde salmastra kutusundan sonra bulunur. Çift girişli pompalarda mil, gövdenin her iki yanında yataklanır. Küçük, pahalı olmayan temiz su iletiminde kullanılan bazı santrifüj pompalarda düz yataklar kullanılır. Düz yatakların yağlanmasında iletim sıvısının kendisi ya da gres yağı kullanılır. Her iki ucundan yataklandırılmış yatay pompalarda, yataklar iç yatak ya da dış yatak olarak ayrılırlar. İç yatak tipinde, yatak gövde ile kaplin arasındadır. Bazı pompalarda hem iç ve hem de dış yatak kullanılır. Çarka en yakın olan yatak iç yataktır. Yataklar çoğunlukla, pompa gövdesine bağlı bir taşıyıcı çatı içerisine yerleştirilir. Taşıyıcı çatı aynı zamanda yatakların yağlanmasında da kullanılır. Yatakların fazla ısınmasına karşı bazen havayla soğutma da yapılabilir. Yataklar rijit ya da kendi kendini eksenleyen tipte olabilir. Kendi kendini eksenleyen bir yatak otomatik olarak milin açısal değişimine kendini uydurur. Santrifüj pompalarda en fazla rulmanlı yataklar kullanılır. Rulmanlı yataklar içerisinde en fazla kullanılanı ise; tek sıra bilyeli, tek sıra eğik bilyeli, silindirik makaralı ve tek sıra konik makaralı yataklardır. Tek sıra bilyeli yatak radyal ve eksenel yüke uygundur. Tek sıra eğik bilyeli yataklar aksiyal yüke elverişlidir. Silindirik makaralı olanlar hem radyal ve hem de eksenel yük taşırken, konik makaralı olanlar ağırlıklı olarak eksenel yük taşırlar. Kaymalı yataklarda yüzeyler arasında kayma hareketi, rulmanlı yataklarda ise yüzeyler arasında yuvarlanma hareketi vardır. Rulmanlı yataklarda sürtünme kaybı azdır. Eksenel bakımdan az yer işgal ederler, yağlanması basit, bakım ve değiştirilmesi kolay ve boyutları standarttır. Bu olumlu yönlerinin yanında rulmanlı yatakların olumsuz yönleri de bulunmaktadır. Bunlar; yüksek devirlerde gürültülü çalışmaları, ömürlerinin az olması ve devir arttıkça ömürlerinin kısalması, radyal yönden daha fazla yer işgal etmesi ve sönümleme yeteneğinin az olmasıdır. Kaymalı yatakların iç yüzeylerinde yağlama kanalları vardır. Kanallar yağı depo ederek sık sık yağlama ihtiyacını giderir. Şekil 4.86 da bir kaymalı yatak ve yağ kanalı ile en çok kullanılan rulmanlı yataklar görülmektedir. Şekil 4.86. Kaymalı yatak ve yağ kanalı ile rulmanlı yataklar (A: Tek sıra bilyeli, B: Tek sıra eğik bilyeli, C: Silindirik makaralı, D: Tek sıra konik bilyeli) (Anonim 1994a) 113
4.4.6. Kaplinler ve kavramalar Kaplinler ve kavramalar bağlantı elemanlarıdır. Bağlantı elemanlarının görevi; güç kaynağı olan motor ile iş makinesi olan pompa arasındaki bağlantıyı sağlamak ve motordan pompaya hareketi iletmektir. Kaplinlerde bağlantı mekanik bir bağ ile gerçekleştirilir. Bu nedenle iki mil arasındaki bağlantıyı sağlamak veya kesmek kaplinin sökülüp takılması ile mümkündür. Kavramalarda ise bağlantı mekanik veya fiziksel özellikle de sürtünme olayına dayanmaktadır. Kavramalarda motor çalışırken pompaya hareket verilmeyebilir. Bu nedenlerle kaplinlere çözülemeyen kavramalar ve kavramalara ise çözülebilen kavramalar da denmektedir. Kaplinler milleri eksenel yönden birbirine bağlayan elemanlarıdır. Rijit ve esnek kaplinler olarak ikiye ayrılır. Tahrik eden ile tahrik edilen mil arasındaki düzgünsüzlükleri (eksenel kaçıklıkları) karşılayan kaplinlere esnek, karşılamayan kaplinlere rijit kaplinler denir. Rijit kaplinler iki mili katı bir Şekilde bağlarlar ve onları tek mil gibi yaparlar ve eksenel sapmalara izin vermezler. Rijit kaplinlerin kullanıldığı koşullarda milin ve yatakların hatasız eksenlenmesi gerekir. Esnek kaplinler, motor milini pompa miline düzgünsüzlükleri absorbe edecek Şekilde bağlar. Esnek kaplinler düzgünsüzlükleri gidermesine rağmen eksenlemenin yine de iyi bir Şekilde yapılması gerekir. Esnek kaplinler belirli bir sınıra kadar eksen kaçıklıklarını giderir. Ayrıca esnek kaplinler pompa ile kuvvet kaynağı arasında eksenel hareketlere de izin verir. Eksen kaçıklığının aşırı değerlere çıkması yataklarda aşırı ısınma ve aşınma yaratır. Esnek kaplinler çeşitli tiplerde yapılırlar. Bu tipler aşağıdaki gibi sıralanabilir. a) Esnek takozlu - Pim-delik bağlantılı, - Yiv-set bağlantılı. b) Metal elemanlı - Dişli, - Yaylı. c) Ara milli - Ara elemanlı (manşonlu), - Kardan kaplini. Bunlardan en çok kullanılan esnek takozlu olan kaplindir. Esnek takozlu kaplinlerde, kaplinin bir parçası pompa miline, diğer parçası motor miline rijit bağlıdır. İki kaplin parçası arasındaki bağlantı karşılıklı pim-delik (Şekil 4.87) veya radyal doğrultuda açılmış yiv-set ile sağlanır. Kaplinin karşılıklı parçaları esnek bir takoz ya da malzemeyle birbirine temas eder. Esnek olan temas parçası iki mil arasındaki eksen kaçıklığını giderir ve sarsıntısız hareket iletimine yardımcı olur. Düzgünsüzlük arttığında esnek takoz aşınır ve bu durumda sadece takoz değiştirilir. Kardan kaplini daha çok düşey eksenli pompalarda kullanılır. Bu kaplin genellikle bir çift olarak kullanılır ve bir mil parçasının iki ucuna takılır. Kardan 114
kaplini 3-8 o lik eksen sapmalarına kadar kullanılır. Kaplinler, çevresinde koruyucu bir kapak ile donatılırlar. Bu kapak tel örgü veya sac plakadan yapılarak pompa zemin plakasına bağlanır. Bu kapak özellikle çalışma güvenliği ve kazalardan korunma için gereklidir. 4.4.7. Çatı Motor milinin pompa mili olarak kullanıldığı monoblok yapım dışında, pompa ve motoru aynı eksende tutacak çatıya gereksinim vardır. Pompa ile motor her koşulda aynı eksende bulunmalıdır. Bunu sağlamak için pompa ve motor bir çatıya rijit olarak bağlanırlar. Çatı, bağlama çatısı ve zemin çatısı olarak iki kısımda incelenir. Büyük kapasiteli pompaların zemin çatısı betondur ve pompa tabanını esnemez sağlamlıkta tutarak titreşimi absorbe eder. Bu da kaçakların azalmasına yarımcı olur. Küçük ve orta kapasiteli pompalarda zemin çatısı dökme demir ya da çelik plakadan yapılır. Bağlama çatısı pompa ile motorun eksenlemesine yardımcı olur. Derin kuyu pompalarında çıkış başlığı bağlantı çatısı görevini de yapmaktadır. Her pompa tipine göre farklı çatı biçimleri kullanılabilmektedir. Traktör kuyruk milinden tahrikli pompa çatıları ayrıca bir dişli kutusu da içerir. Genellikle, traktör pompa çatıları tekerlekli olur. Şekil 4.87. Esnek takozlu kaplinler 115