5. SANTRİFÜJ POMPALARDA TEORİK ESASLAR 5.7..5. Pompa veriminin saptanması ve pompa karakteristik eğrilerinin çizimi Pompa verimi; pompanın suya verdiği gücü (hbg), pompanın yuttuğu güce (fbg) oranlanmasıyla bulunur. hbg Verim (p)= fbg Verimin hesaplanması için gerekli değerlerden fbg nin hesaplanması daha önce gücün ölçülmesinde anlatılmıştı. Diğer değer olan pompanın suya verdiği hidrolik güç; verdi, manometrik yükseklik ve suyun özgül ağırlığına göre bulunur. Q.H m. hbg 75 Denemelerde saptanan verdi değerleri ve verdi değeri için bulunan manometrik yükseklik değerleri yukarıdaki formülde yerine konularak pompanın verdiği güç değerleri bulunur. Daha sonra bunlar her verdi değeri için bulunan pompanın yuttuğu güç (fbg) değerlerine oranlanarak, ölçüm yapılan noktalar için verim değerleri saptanır. Denemelerde elde edilen değerler bir çizelgede toplanarak pompanın karakteristik eğrileri çizilir. Pompanın karakteristik eğrileri; pompaj tesislerinde pompa seçimine yardımcı olur. Bunun için karakteristik eğriler ile tesis yük kaybı (sistem sürtünme) eğrisi aynı ölçekle aynı koordinat sistemine çizilir (Şekil 5.30). 67
Şekil 5.30. Pompa karakteristik eğrileri ile tesis yük kaybı eğrilerinin Birleştirilmesi (Tezer 978). Pompanın (Hm-Q) eğrisi ile tesis yük kaybı eğrisinin kesim noktası işletme ya da çalışma noktası adını alır ve bu nokta pompanın yüksek verim noktasında ya da yakınında olmalıdır. Şekil 5.30 da görüldüğü gibi çeşitli geometrik yüksekliğe sahip tesis yük kaybı eğrileri ile pompa karakteristik eğrileri çizilmiş olsun. Burada (Hm-Q) eğrisi ile (I) numaralı tesis yük kaybı eğrisinin kesim noktası olan işletme noktasının ( İN ) deki pompa verimi, yüksek verim noktasındaki değerine oldukça yakındır. Bu nedenle pompa I nolu tesis için uygundur ve bu tesiste kullanılabilir deriz. II nolu eğriye sahip tesisin işletme noktasında (İN), pompa verimi oldukça düşük olduğundan, pompa bu tesis için uygun değildir ve bu tesiste kullanılmamalıdır. III. nolu eğriye sahip tesise bu pompa su basamaz. Çünkü tesisin statik yükü (Hg3), pompanın manometrik yüksekliğinden daha büyüktür ve dolayısıyla bu tesiste kullanılamaz. Pompaj tesislerinde ayar vanası ile verdi ayarlanarak işletme noktası değiştirilebilir. 68
5.7..6. Santrifüj pompalarda işletme hızı değişiminin pompa karakteristiklerine etkisi Bir santrifüj pompa, belirli bir çalışma hızı, verdi ve manometrik yükseklik değerlerine göre projelenir. Bu koşullarda pompanın verimi maksimumdur. Pompa karakteristikleri, çalışma hızındaki işletme noktasına ait değerdir. Fakat pompanın geometrik ölçüleri aynı kalmak koşuluyla, işletme hızı değiştirilerek çeşitli verdi-yükseklik koşullarına uydurulabilir. Bu durum özellikle herhangi bir pompanın tesis koşullarında yüksek verimle çalışacağı noktanın saptanmasında önemlidir. Bunun yanında kuvvet kaynağı ile pompa arasında hız uyuşmazlığı bulunduğu zaman, bu uyuşmazlığın pompa karakteristiklerinde yaratabileceği değişikliklerin de bilinmesi gerekebilir. Projelendiği işletme hızındaki karakteristikleri belli bir santrifüj pompanın, değişik hızla çalıştırılması halinde karakteristiklerindeki değişim belirli ilişkilere göre saptanır. Bu ilişkiler, işletme hızının % 0 değişim sınırları için geçerlidir. İşletme hızındaki değişmelerde, karakteristiklerdeki değişimler aşağıdaki formüllerle hesaplanabilir. n n Q Q H H m m 3 fbg fbg Burada () indisleri işletme noktasındaki değerleri, () ise yeni değerleri belirtmektedir. Yukarıdaki eşitliklere göre santrifüj pompada verdi işletme hızı ile doğru orantılıdır. Manometrik yükseklik, işletme hızının karesi ile, fren gücü ise hızın küpü ile orantılı olarak değişir. Bu değişimlerde verim değerinin sabit kaldığı kabul edilmektedir. Herhangi bir pompanın belli bir işletme hızındaki karakteristikleri biliniyorsa, bunlar yardımıyla değişik hız ile çalışma için yukarıda verilen eşitlikler yardımıyla bulunan değerlerle karakteristikler yeniden çizilebilir. Şekil 5.3 de değişik devirlerde denenmiş bir pompanın karakteristikleri verilmiştir. 69
Şekil 5.3. Santrifüj pompalarda karakteristik eğrilerin hıza göre değişimi(tezer 978). Şekil 5.3. de görüldüğü gibi (Hm-Q) eğrileri yaklaşık olarak birbirine paraleldir. İşletme hızı azaldıkça (Hm-Q) eğrileri de birbirine paralel olarak azalır. Şekil 5.3. de fren gücü ile verdi arasında çizilen eğrilerde işletme hızı azaldıkça fren gücü değerleri de birbirine paralel bir Şekilde azalmaktadır. Şekil 5.3.3 de verim-verdi arasında çizilen eğrilerde ise işletme hızı azaldıkça verimin yüksek olduğu noktaların sol tarafa kaydığı görülür. 70
Değişik çalışma hızları için karakteristik değerlerin değişimi tek bir eğri üzerinde de gösterilebilir. Bu Şekilde çizilen eğriler dağ eğrileri adını almaktadır. Dağ eğrilerinin oluşumu üçlü koordinat sisteminde açıklanabilir. Şekil 5.3.4 de böyle bir sistem görülmektedir. Üçlü koordinat sisteminde yatay eksenlerde verdi ve manometrik yükseklik değerleri yerleştirilerek (Hm-Q) eğrileri çizilir. Daha sonra dikey eksene yerleştirilen verim değerleri ile apsis eksenindeki verdi değerleri arasında (-Q) eğrileri çizilir. Kesik hatlarla çizilen eğriler verim eğrileri üzerindeki eşdeğer verim noktalarını göstermektedir. Eşdeğer verim eğrilerinin (Hm-Q) üzerindeki izdüşümleri alınırsa; diğer bir deyişle yapılan işlem tek düzleme indirgenirse, dağ eğrileri elde edilir (Şekil 5.3.5). Kuramsal olarak eşdeğer verim eğrileri ve bu eğrilerin tepe noktalarının geometrik yeri bir paraboldür. Dağ eğrileri işletme hızının üstündeki değerler için çizilirse, dağ eğrilerinin bir nokta etrafında kapandığı görülür. Bu nokta pompanın projelendiği ve en yüksek verimi verebileceği noktadır. Dağ eğrileri yardımı ile bir santrifüj pompanın tüm değişkenler altında karakteristikleri belirtilebilir. Santrifüj pompalarda değişik devirlerde elde edilen karakteristik eğriler müşterek çizilebilir. Manometrik yükseklik-verdi, pompanın yuttuğu güç-verdi ve verim-verdi eğrilerinin bir grafik üzerinde çizilerek elde edilen grafiğe komple karakteristik eğrileri adı verilir (Şekil 5.3). Pompaj tesisine pompa seçiminin iyi bir Şekilde yapılabilmesi için elimizde pompanın komple karakteristik eğrileri ile tesis yük kaybı eğrisinin bulunması gerekir. Komple karakteristik eğrileri yardımıyla pompanın değişik devirlerdeki karakteristikleri okunarak en uygun işletme noktası saptanabilir. Santrifüj pompalarda işletme hızı değiştirildiği gibi, pompanın karakteristikleri çark dış çapı değiştirilerek de yeniden düzenlenebilir. Çarkın dönme hızı sabit tutularak çarkın dış çapı bir tezgahta işlenerek azaltılırsa, hızdaki değişime benzer Şekilde karakteristikler de değişir. Çark dış çapı % 0 oranında azaltılabilir. Daha fazla değiştirme verime etki eder. Çark dış çapı (D) ile, işletme değerleri () indisi ve yeni değerler () indisi ile gösterilirse: D D Q Q H H m m 3 fbg fbg eşitlikleri yazılabilir. Pompa gövdesi içerisine farklı çaplı çarklar takılarak sabit işletme hızı için Şekil 5.3 deki gibi pompanın karakteristikleri çizilebilir. Pompa gövdesi değişik çarklara yataklık edecek Şekilde yapılmıştır. Santrifüj pompalarda çark dış çapını küçültürken aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir. a) Çapın azalması açısını değiştirebilir. b) Çarkın kesilmesi kanatların uç kısımlarını kalınlaştırarak şeklini bozabilir. 7
c) Çark çapının küçülmesi ile yataklardaki ve salmastra kutusundaki sürtünmeler değişmez ancak disk sürtünmesi artar. d) Suyun gövde içindeki akış yolu uzar. e) Hız üçgenleri değişebilir. Çark çapı küçültülmesi yapılırken özgül hız ile çark çapı çarpımının sabit kalmasına dikkat edilmelidir. Çap küçültülmesi kademeli yapılmalı ve her kademede deney sonuçları incelenmelidir. Çapın küçültülmesi yalnızca radyal ve karışık akışlı pompalarda yapılır. Karışık akışlı pompalardaki çap küçültülmesi karakteristiklerde radyal çarklara oranla daha fazla değişime neden olur. İmalatçı firmalar ya devir sabit çark çapı değişik veya çark çapı sabit devir değişimine göre pompa karakteristik eğrilerini verirler. Şekil 5.3. Santrifüj pompalarda komple karakteristik eğrileri (Tezer 978). 7
5.7..7. Santrifüj pompaların paralel ve seri çalışmalarında karakteristik eğrilerin durumu Su gereksiniminin değiştiği yerlerde ve bir adet büyük kapasiteli pompanın kurulmasının sakıncalı olduğu hallerde birkaç adet küçük pompayı paralel çalıştırmak çok yararlı olabilir. Böylece su gereksiniminin az olduğu zamanlarda pompalardan biri veya birkaçı devreden çıkarılır ve çalışmalarda her zaman yüksek verim noktasında çalışırlar. Diğer taraftan pompalardan biri arıza yaparsa diğer pompalar ona yedeklik yapar ve arızalı pompanın rahatlıkla tamir ve bakımı sağlanır. Bu nedenlerle gereksinimin biraz fazla olduğu yerlerde bir adet yerine daha küçük kapasiteli birkaç pompa kullanılır. Paralel bağlamada manometrik yükseklik sabit kalır, çarklar ayrı ayrı girişlerden suyu alır ve birleşik bir çıkışa iletir (Şekil 5.33). Paralel düzenlemede tesis verdisinin ayarlanması, pompaların işletme devresine alınıp alınmaması ile yapılabilir. Pompalar ayrı ayrı emme borularından alır ve birleşik bir basma borusuna suyu iletirler. Paralel çalışmada pompalar aynı veya farklı karakteristiklere sahip olabilir. Aynı karakteristiğe sahip pompaların kullanılması genellikle işletme kolaylığı yönünden istenir. Farklı karakteristiğe sahip pompaların paralel düzenlenmesinde işletme koşulları ayrıntılı olarak incelenmelidir. Pompaların paralel halde düzgün çalışabilmeleri için, çalışma noktalarının (Hm-Q) eğrisinin alçalan kesimlerinde bulunması yararlıdır. Şekil 5.33. Pompaların paralel çalıştırılması (Tezer 978). Pompaların paralel bağlanmasında, birleşik (müşterek) (Hm-Q) eğrisinin bulunması için belirli bir manometrik yükseklik değeri için verdiler toplanır. Şekil 5.34 de farklı karakteristiğe sahip iki pompanın paralel çalıştırılmasında birleşik (Hm-Q) eğrisinin elde edilişi görülmektedir. 73
Şekil 5.34. Farklı karakteristiğe sahip iki pompanın paralel çalışmasında birleşik (Hm-Q) eğrisinin çizilmesi (Karassik vd. 985). Şekilde (CD) eğrisi (A) pompasının (EF) eğrisi de (B) pompasının (Hm- Q) eğrisidir. Birleşik (Hm-Q) eğrisini elde edebilmek için (Hm) manometrik yükseklik değerinden yatay bir doğru çizilir. Bu doğrunun pompa eğrilerini kestiği (G) ve (H) noktaları saptanır. Daha sonra bu noktalara ait (QA) ve (QB) verdileri toplanarak (P) noktası elde edilir. (Hm) manometrik yükseklik değerinde verdiler (QA) ve (QB) değerleri toplanarak (K) noktası elde edilir. Elde edilen bu noktalar (P ve K) birleştirilerek birleşik (Hm-Q) eğrisi elde edilir. Şekilde görüldüğü gibi (B) pompası, (A) pompasının basıncı, (M) noktasına (bu nokta B pompasının verdisinin sıfır olduğu durumdaki Hm maksimum basıncıdır) düşünceye kadar sisteme hiç su basamayacaktır. İki pompanın bastığı su miktarı, belli bir basınç için bu basınçta herbir pompanın ayrı ayrı basabilecekleri verdilerin toplamıdır. Tesis yük kaybı eğrisi Şekildeki gibi olduğunda bu sistemde birlikte çalışma halinde ise tesis yük kaybı eğrisi ile birleşik (Hm-Q) eğrisinin kesim noktası pompaların işletme noktasını vermektedir. İşletme noktasındaki verdi değeri (Qi), (A) pompasının verdisi (QAi) ile (B) pompasının verdisinin (QBi) toplamına eşittir. Aynı karakteristiklere sahip pompaların paralel çalışmasında birleşik (Hm-Q) eğrisinin elde edilişi Şekil 5.35 de görülmektedir. (AB) eğrisi, eğrileri aynı olan pompaların (Hm-Q) eğrisidir. Birleşik (Hm-Q) eğrisini elde edebilmek için, (Hm) manometrik yükseklik değerinden yatay bir doğru çizilir. Bu doğrunun pompanın eğrisini kestiği (C) noktası saptanır. Bu noktadaki verdi değerinin iki katı alınarak (D) noktası bulunur. Aynı Şekilde (Hm) ve (Hm3) manometrik yükseklik değerlerinden çizilen doğruların pompa eğrisini kestiği (E) ve (G) noktalarındaki verdiler toplanarak (F) ve (H) noktaları elde edilir. Elde edilen bu noktalar (H, F ve D) birleştirilerek pompaların birleşik (Hm-Q) eğrisi elde edilir. İki pompanın birlikte çalışması halinde, her bir pompanın işletme noktası ayrı ayrı bulunabilir. 74
Şekil 5.35. Aynı karakteristiğe sahip pompaların paralel çalışmasında birleşik (Hm-Q) eğrisinin çizilişi (Gökelim 976). Bunun için tesis yük kaybı eğrisi ile birleşik (Hm-Q) eğrisinin kesim noktası bulunur. Bu noktadaki verdi (Qi=.Qp) ve her bir pompanın verdisi (Qp) olacaktır. Pompaların tek tek çalışması halinde ise işletme noktasındaki (İNT) verdisi (Q) değerini alacaktır. Suyun yüksek noktalara çıkarılmasının gerektiği hallerde birkaç pompa seri halde çalıştırılır (Şekil 5.36). Seri çalışma durumunda aynı karakteristiğe Şekil 5.36. Pompaların seri çalıştırılması (Tezer 978). sahip pompaların kullanılması yararlıdır. Seri çalışmada verdi sabit, manometrik yükseklik değişir. Pompaların seri bağlanmasında birleşik (Hm-Q) eğrisi belirli bir verdi değeri için, manometrik yükseklikler toplanarak bulunur. Şekil 5.37 pompaların seri çalışması durumunda birleşik karakteristik eğrinin elde edilişini göstermektedir. Birleşik eğriyi bulmak için, belirli bir verdi değerinden dik çıkılır ve bu doğrunun pompanın (Hm-Q) eğrisini kestiği noktalar (Şekilde,, 3 ve 4 noktaları) bulunur. Sonra bu verdi için sağlanan manometrik yükseklik toplanarak noktalar (Şekilde,, 3 ve 4 noktaları) elde edilir. Bu şekilde değişik verdi değerleri için elde edilen noktaların geometrik yeri birleşik eğriyi verir. 75
Şekil 5.37. Seri çalışmada birleşik (Hm-Q) eğrisinin çizimi (Tezer 978). Tesis yük kaybı eğrisi (sistem sürtünme eğrisi) Şekildeki gibi olursa, pompaların seri çalışması halinde işletme noktasındaki karakteristikleri (Qi) ve (Hmi) dir. Görüldüğü gibi işletme noktasında verdi her iki pompa için de sabit kalmakta fakat manometrik yükseklikler toplanmaktadır. 76