I. Pompaların Tanımı ve Genel Bakış
Çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılan mekanik bir cihaz olan pompanın temel işlevi, sıvıları (su, yağ vb.) bir yerden başka bir yere taşımaktır. Pompanın tahrik edilmesiyle sıvılar, çeşitli üretim ve yaşam ihtiyaçlarını karşılayarak taşıma görevini verimli ve istikrarlı bir şekilde tamamlayabilir.
Pompa, çeşitli sıvıların taşınmasında kullanılan mekanik bir cihazdır. Uygulama kapsamı geniş olup su, yağ, asit ve alkali çözeltileri, emülsiyonlar, süspansiyonlar, sıvı metaller vb.'yi kapsar. Ayrıca dişli yağı pompaları sıvı-gaz karışımlarını ve askıda katı maddeler içeren sıvıları da taşıyabilir.
Pompalar çalışma prensiplerine göre üç ana kategoriye ayrılabilir: pozitif deplasmanlı pompalar, çarklı pompalar ve diğer pompa türleri. Dalgıç pompaların sınıflandırmasının daha çeşitli olduğunu belirtmekte fayda var. Çalışma prensibine göre sınıflandırılmasının yanı sıra sürüş yöntemine, yapısına, amacına ve taşınan sıvının niteliğine göre de sınıflandırılıp isimlendirilebilmektedirler.
Pompanın çeşitli performans parametreleri arasında birbirine bağlı karmaşık değişiklikler vardır ve bu ilişkiler, karakteristik eğriler aracılığıyla sezgisel olarak görüntülenebilir. Her pompanın kendine özgü performans özelliklerini yansıtan kendine özgü karakteristik eğrisi vardır. Sıvıların taşınmasına veya sıvıların basıncının arttırılmasına yönelik mekanik bir cihaz olarak pompa, ana taşıyıcının mekanik enerjisini veya diğer harici enerjiyi sıvıya aktarır, böylece sıvının enerjisinde bir artış elde edilir.
II. Pompanın Tanımı ve Tarihsel Kökeni
Sıvıları taşımak veya sıvıların basıncını artırmak için kullanılan mekanik bir cihaz olan pompanın tarihi çok eskilere dayanmaktadır. Genel olarak konuşursak, bir pompa yalnızca sıvıların taşınması için kullanılmaz, aynı zamanda gazların taşınması için özel olarak tasarlanmış bazı mekanik cihazları da içerir. Pompa, ana taşıyıcının mekanik enerjisini veya diğer kaynakların enerjisini sıvıya aktararak sıvının enerjisinde artış sağlar.
İnsanların su kaldırmaya olan talebinin artması, çeşitli su kaldırma cihazlarının ortaya çıkmasına neden olmuştur. Örneğin, Mısır'daki zincirli pompa MÖ 1700 civarında icat edilmişken, Çin'de kaldıraçlar, ırgatlar ve su çarkları gibi eski su kaldırma araçları vardı. Antik Yunanistan'da Arşimet, MÖ 3. yüzyılda vidalı çubuğu icat ederek daha sonraki pompa teknolojisinin temelini attı.
Zamanla, antik Yunan zanaatkar Ktesibius, MÖ 200 civarında ilkel pistonlu pompayı - yangın söndürme pompasını - icat etti. Daha sonra, 1588 yılında, döner pompanın ilk gelişimine işaret eden 4 kanatlı kayan kanatlı pompanın kaydı ortaya çıktı. 1689'a gelindiğinde Fransa'dan D. Papan daha da yenilik yaptı ve 4 kanatlı pervaneli sarmal santrifüj pompayı icat etti.
18. yüzyılda, Amerika Birleşik Devletleri'nde radyal düz kanatlı, yarı-açık çift-emmeli pervaneli ve salyangozlu santrifüj pompaların yanı sıra doğrudan buharla çalıştırılan pistonlu pompalar da art arda ortaya çıktı. Bu yenilikler modern pompa teknolojisinin oluşmasına ve gelişmesine katkıda bulunmuştur.
Teknolojinin sürekli ilerlemesiyle birlikte, 1840 ile 1850 yılları arasında Amerika Birleşik Devletleri'nden HR Worsington, pompa silindiri ile buhar silindirinin birbirine zıt yerleştirildiği doğrudan -etkili bir buhar pistonlu pompa icat etti ve modern pistonlu pompaların geliştirilmesinin temelini attı. Ve 1851'den 1875'e kadar, çok-kademeli santrifüj pompaların doğuşu, yüksek-düşük kapasiteli santrifüj pompaların geliştirilmesini mümkün kıldı.
O tarihten bu yana sürekli olarak çeşitli yeni pompa türleri ortaya çıktı, verimlilik giderek arttı ve performans aralığı ve uygulama alanları da giderek genişledi.
III. Pompaların Sınıflandırılması
Çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılan pompalar, çok çeşitli tiplerde bulunmakta ve birçok şekilde sınıflandırılmaktadır. Pompalar çalışma prensiplerine göre temel olarak üç kategoriye ayrılabilir:
Birincisi, çarklı pompa veya kanatlı pompa olarak da bilinen pozitif deplasmanlı pompadır. Bu tip pompa, sıvıya kuvvet uygulamak, sürekli olarak sıvıya enerji aktarmak ve kinetik enerjisini ve basıncını arttırmak için dönen bir pervane kullanır. Daha sonra kinetik enerji, boşaltma haznesi aracılığıyla basınç enerjisine dönüştürülür. Pozitif deplasmanlı pompalar arasında santrifüj pompalar, eksenel akışlı pompalar, kısmi akışlı pompalar ve girdaplı pompalar bulunur.
Bir sonraki tip hacimsel pompadır. Bu tip pompalar, kapalı çalışma alanının hacmini periyodik olarak değiştirerek, sıvının basıncını artırarak ve onu tahliye edilmeye zorlayarak enerji iletir. Hacimsel pompalar, çalışma elemanlarının hareket biçimine bağlı olarak pistonlu pompalar ve döner pompalar olarak da sınıflandırılabilir.
Ayrıca enerjiyi benzersiz yollarla aktaran başka pompa türleri de vardır. Örneğin jet pompaları, taşınacak akışkanı çekmek ve karıştırmak için çalışma akışkanının yüksek-hızlı jetine güvenir ve momentum değişimi yoluyla enerji aktarımı sağlar; diyaframlı pompalar ve su darbesi pompaları, frenleme sırasında enerjiyi aktarmak için su darbesi etkisinden yararlanır; elektromanyetik pompalar ise elektrik akımı ve elektromanyetik kuvvetin etkisi altında sıvı metal akışı yoluyla sıvı taşınmasını sağlar.
Ayrıca pompalar, taşınan sıvının özelliklerine, tahrik yöntemine, yapısına ve amacına göre daha da sınıflandırılabilir.
IV. Pompaların Çeşitli Alanlardaki Uygulamaları
Pompaların performans aralığı, saatte birkaç yüz bin metreküp akış hızına sahip dev pompalardan, saatte birkaç desilitreden daha düşük akış hızına sahip minyatür pompalara kadar geniş bir yelpazeye sahiptir; basınç aralıkları da normal basınçtan 19,61 Mpa (200 kgf/cm2) veya üstüne kadar değişebilir. Ayrıca, su (temiz su, kanalizasyon vb.), yağ, asitler ve bazlar, süspansiyonlar ve sıvı metaller vb. gibi taşınan sıvının sıcaklığı ve türü de farklılık gösterir.
Kimya ve petrol sektörlerinin üretiminde pompalar çok önemli bir rol oynamaktadır. Hammaddeler, yarı-ürünler ve nihai ürünler çoğunlukla sıvı olduğundan, bu karmaşık işlemlerde pompalar yalnızca sıvıları taşımakla kalmaz, aynı zamanda kimyasal reaksiyonlar için gereken basınç ve akışı da sağlar. Aynı zamanda birçok cihazda sıcaklıkları düzenlemek amacıyla da kullanılırlar.
Tarımsal üretimde pompalar ana sulama ve drenaj makineleridir. Ülkemizde kırsal alanlar geniş olup, tarımsal üretimi desteklemek için her yıl çok sayıda pompaya ihtiyaç duyulmaktadır. Genel olarak konuşursak, tarımsal pompalar toplam pompa üretiminin yarısını oluşturur.
Madencilik ve metalurji endüstrileri de pompaların önemli uygulama alanlarıdır. Bu endüstrilerde maden drenajı, cevher işleme, eritme ve haddeleme gibi süreçlerin tümü pompa desteği gerektirir.
Enerji sektöründe ister nükleer santral ister termik santral olsun pompalar çok önemli bir rol oynamaktadır. Nükleer enerji santralleri, nükleer reaksiyonların kararlı çalışmasını sağlamak için ana pompalara, ikincil pompalara ve üçüncül pompalara ihtiyaç duyar; termik santraller ise santralin normal çalışmasını sürdürmek için çok sayıda kazan besleme pompasına, yoğuşma pompasına, sirkülasyon pompasına ve cüruf ve kül pompalarına ihtiyaç duyar.
Savunma inşaatı da pompa kullanılmadan yapılamaz. Uçak flaplarının, dümenlerinin ve iniş takımlarının ayarlanması, savaş gemisi ve tank taretlerinin dönmesinin yanı sıra denizaltıların suya batması ve yükselmesi, gerekli güç ve ayarlama işlevlerini sağlayacak pompalara ihtiyaç duyar. Ayrıca, taşıma ve taşıma sırasında belirli yüksek-basınçlı ve radyoaktif sıvılar için pompanın sızıntısız-çalışması gereksinimi son derece yüksektir.
Gemi inşa sektöründe, okyanuslara giden her gemide yüzlerce farklı türde pompa kullanılır. Gemiyi tahrik eden pervaneli pompalardan, gemi kabinlerinin ortamını koruyan çeşitli pompalara kadar hepsi vazgeçilmezdir. Ayrıca şehirlerdeki su temini ve drenaj sistemleri, buharlı lokomotiflerin kullandığı su, takım tezgahlarındaki yağlama ve soğutma, tekstil endüstrisinde boyaların taşınması, gıda endüstrisinde süt ve şeker ürünlerinin taşınması da pompaların desteğine bağlıdır.
Sonuç olarak pompalar, havacılık, askeri teçhizat, endüstriyel üretim ve günlük yaşam dahil olmak üzere çeşitli alanlarda her yerde bulunur ve vazgeçilmez bir rol oynar. Bu nedenle pompalar genel makineler arasında sınıflandırılmakta ve makine sektörünün vazgeçilmez ve önemli bir ürünü haline gelmektedir.
V. Pompaların Temel Parametreleri
Genel makinelerin önemli bir bileşeni olan pompaların performansı, çeşitli uygulama senaryolarında operasyonel verimliliği doğrudan etkiler. Pompaların performansını tam olarak anlamak için öncelikle birkaç temel temel parametreye odaklanmamız gerekir. Bu parametreler yalnızca pompaların doğal özelliklerini yansıtmakla kalmaz, aynı zamanda bunların seçimi ve uygulanması için de önemli bir rehberlik sağlar.
1. Akış hızı Q
Akış hızı, bir pompanın birim zamanda ne kadar sıvı taşıyabileceğini ölçmek için önemli bir göstergedir ve genellikle hacim veya kütle cinsinden ifade edilir. Hacim akış hızı Q ile gösterilir ve birimleri m3/s, m3/sa ve l/s vb.'yi içerir. Kütle akış hızı Qm ile temsil edilirken birimleri t/sa, kg/s vb.'dir. Bu ikisi arasındaki ilişki Qm=ρQ formülü aracılığıyla kurulabilir; burada ρ, sıvının yoğunluğunu temsil eder. Normal sıcaklıktaki suyun yoğunluğu ρ yaklaşık 1000 kg/m3'tür.
2. Kafa H
Basma yüksekliği, pompa tarafından pompa girişinden (yani pompa giriş flanşı) çıkışa (yani pompa çıkış flanşı) kadar pompalandıktan sonra sıvının birim ağırlığındaki enerji artışını ifade eder. Bu, bir Newton sıvının pompadan geçerken kazandığı etkin enerjiye eşdeğerdir. Birimi N·m/N'dir ve genellikle metre olarak da bilinir. Pompanın pompaladığı sıvı sütununun yüksekliğini temsil eder ve bu nedenle basitçe metre olarak da adlandırılır.
3. Dönme hızı n
Hız, pompa milinin birim zaman içindeki dönüş sayısını ifade eder ve genellikle n simgesiyle gösterilir ve birimi dakika başına devirdir (dev/dak).
4. Emme Yüksekliği Marjı
Net pozitif emme yüksekliği olarak da bilinen emme yüksekliği marjı, kavitasyon performansının ölçülmesinde önemli bir parametredir. Çin'de bu parametre daha önce Δh ile temsil ediliyordu.
5. Güç ve Verimlilik
Bir pompanın gücüne genellikle giriş gücü denir; bu, ana taşıyıcıdan pompa miline aktarılan güçtür ve aynı zamanda mil gücü olarak da bilinir, P ile gösterilir. Pompanın etkin gücü veya çıkış gücü Pe ile temsil edilir ve bir birim zaman içinde pompadan boşaltılan sıvının elde ettiği etkin enerjiyi ölçer.
Başın tam olarak bu etkili enerjiyi temsil ettiğini belirtmekte fayda var. Spesifik olarak, yük, bir ünite ağır sıvının pompadan dışarı pompalandığında aldığı etkili enerjiyi ifade eder. Bu nedenle, yükü, kütle akış hızını ve yerçekimi ivmesini çarparak, pompadan çıkan bir birim sıvı çıkışının belirli bir sürede elde ettiği etkin enerjiyi, yani pompanın etkin gücünü hesaplayabiliriz:
Pe=ρgQH (W)=QH (W)
Bunlar arasında ρ, pompa tarafından pompalanan sıvının yoğunluğunu (kg/m³), pompa tarafından pompalanan sıvının özgül ağırlığını (N/m³), Q, pompanın akış hızını (m³/s), H, pompanın yüksekliğini (m) ve g, yerçekiminden kaynaklanan ivmeyi (m/s²) temsil eder.
Şaft gücü P ile etkin güç Pe arasındaki fark, pompadaki güç kaybını temsil eder. Bu kaybı ölçmek için, etkin gücün şaft gücüne oranı olarak ifade edilen ve η ile gösterilen pompa verimliliği kavramını tanıtıyoruz.
VI. Trafiğin Tanımı ve Dönüşümü
Pompa tarafından birim zamanda boşaltılan sıvı hacmi olan akış hızı, Q ile gösterilir. Birimleri saatte metreküp (m3/saat), saniye başına litre (l/s), vb. içerir. Saniyede 1 litrenin saatte 3,6 metreküpe eşdeğer olduğunu belirtmekte fayda var, bu da dakikada 0,06 metreküpe veya dakikada 60 litreye eşittir. Ek olarak, akış hızını ve G ile gösterilen sıvının özgül ağırlığını kullanarak saat başına pompalanan ağırlığı hesaplayabiliriz; burada ρ, sıvının özgül ağırlığını temsil eder. Örneğin belirli bir pompanın akış hızı saatte 50 metreküp ise, su pompalarken saatte ne kadar ağırlık pompalanabileceğini bilmek isteriz. Suyun özgül ağırlığının (ρ) metreküp başına 1000 kilogram olduğunu varsayarsak, G=Qρ formülünü kullanarak hesaplayabiliriz, sonuçta saatte 50.000 kilogram, yani saatte 50 ton elde edilir.
VII. Kafanın Tanımı ve Dönüşümü
Bir pompadan geçen sıvının birim ağırlığının kazandığı enerji olan yük, H ile gösterilir ve metre (m) cinsinden ölçülür. Emme kafasını içerir ve yaklaşık olarak pompa çıkışı ile giriş arasındaki basınç farkına eşittir. Bu arada pompanın basıncı P ile temsil edilir ve Mpa (megapaskal) cinsinden ölçülür. Yük ile basınç arasında belirli bir dönüşüm ilişkisinin olduğunu belirtmekte fayda var. Spesifik formül H=P/ρ'dir; burada ρ, sıvının özgül ağırlığıdır. Örneğin P 1 kg/cm² olduğunda H'nin yaklaşık 10 metre olduğunu hesaplamak için formülü kullanabiliriz.
1 Mpa, 10 kg/cm²'ye eşittir. H yüksekliği, H=(P2 - P1) / ρ formülü kullanılarak hesaplanabilir; burada P2, çıkış basıncını, P1, giriş basıncını ve ρ, sıvının özgül ağırlığını temsil eder.
Daha sonra kavitasyon marjı ve emme yüksekliği kavramlarını ve bunların ölçüm birimlerini tartışacağız. Kavitasyon, bir pompanın çalışması sırasında pervanenin girişindeki sıvının, vakum basıncından dolayı buhar ürettiği olguyu ifade eder. Bu buharlaşan kabarcıklar, sıvı parçacıklara çarptığında pervane gibi metal yüzeylerin aşınmasına neden olarak bu metal bileşenlere zarar verir. Bu vakum basıncına buharlaşma basıncı denir. Kavitasyon marjı ise pompanın emme girişindeki sıvının birim ağırlığının buharlaşma basıncının üzerinde sahip olduğu enerjiyi ifade eder. Metre cinsinden ölçülür ve tipik olarak NPSHr ile gösterilir.
Gerekli kavitasyon marjı Δh olarak da bilinen emme yüksekliği, pompanın sıvıyı emebileceği vakum derecesidir. Pompa için izin verilen montaj yüksekliği olup, birimi de metredir. Emme yükünü hesaplama formülü şu şekildedir: Emme yüksekliği=Standart atmosferik basınç - Kavitasyon marjı - Güvenlik marjı. Bunlar arasında boru hattının standart atmosferik basıncın oluşturduğu vakum yüksekliği 10,33 metre olup, güvenlik marjı genellikle 0,5 metre olarak alınır.
Örneğin belirli bir pompa için gerekli emme yüksekliği 4,0 metredir. Emme yüksekliğini Δh hesaplamak için yukarıdaki formülü kullanabiliriz. Hesaplama sonucu şu şekildedir: Δh=10.33 - 4.0 - 0.5=5.83 metre.
VIII. Pompa Kavitasyon Olgusu ve Nedenleri
1. Kavitasyonun Tanımı
Bir sıvı belirli bir sıcaklığa ulaştığında basıncı o sıcaklığa karşılık gelen buharlaşma basıncına düşer. Bu noktada sıvının içinde kabarcıklar oluşacaktır. Bu olay kavitasyon olarak bilinir.
2. Kavitasyon Çöküşü
Kavitasyon işlemi sırasında, sıvı yüksek-basınç alanına doğru akarken oluşan kabarcıklar, basıncın ani artışı nedeniyle hızla küçülecek ve sonunda sıvı içinde patlayacaktır. Bu olaya kavitasyon çöküşü denir.
3. Kavitasyonun Nedenleri ve Tehlikeleri
Pompanın çalışması sırasında, akış kanalının belirli bölgelerinde (pervane kanatlarının girişinin biraz gerisindeki konum gibi), pompalanan sıvının mutlak basıncının o sıcaklıktaki buharlaşma basıncının altına düşmesine neden olan özel bir neden oluşursa, sıvı bu noktada buharlaşmaya başlar ve çok sayıda kabarcık oluşturur. Bu kabarcıkları içeren sıvı pervanenin yüksek-basınç alanına girdiğinde, kabarcıklar yüksek-basınçlı sıvının etkisi altında hızla büzülür ve sonunda patlar. Bu süreç özellikle dalgıç pompalarda belirgindir. Kabarcıkların yoğunlaşması ve yırtılmasına, boşlukların son derece yüksek hızlarda sıvı parçacıklar tarafından hızlı bir şekilde doldurulması eşlik eder ve bu da güçlü bir su etkisine neden olur. Bu su darbesi metal yüzeye yüksek darbe frekansı ile çarpmakta, darbe gerilimi yüzlerce ila binlerce atmosfere ulaşmaktadır ve darbe frekansı saniyede on binlerce defaya bile ulaşabilmektedir. Uzun süre bu tür darbelere maruz kalan duvar yüzeyleri ciddi şekilde aşınabilir, hatta delinmeler bile meydana gelebilir.
4. Kavitasyonun Süreci ve Etkileri
Bir pompada kavitasyon, kabarcıkların oluşumunu, gelişmesini ve çökmesini içeren karmaşık bir süreçtir. Pompanın akış bölümünün belirli alanları, sıvının mutlak basıncının buharlaşma basıncının altına düşmesine neden olan özel koşullarla karşılaştığında, sıvı çok sayıda kabarcık oluşturarak buharlaşmaya başlar. Bu kabarcıklar, sıvı pervanenin yüksek-basınç alanına girdiğinde, yüksek-basınç etkisi altında hızla büzülür ve sonunda parçalanır. Bu işlemler dizisi yalnızca akış bileşenlerine ciddi hasar vermekle kalmaz, aynı zamanda rahatsız edici gürültü ve titreşim üreterek pompanın performansını önemli ölçüde azaltır. Ciddi durumlarda kavitasyon, pompadaki sıvı beslemesinin kesilmesine bile neden olabilir ve pompanın normal çalışmasını etkileyebilir.
IX. Bir pompanın karakteristik eğrisi nedir?
Performans eğrisi olarak da bilinen bir pompanın karakteristik eğrisi, esasen bir santrifüj pompanın ana performans parametreleri arasındaki ilişkiyi gösterir. Bu eğriler gerçek ölçümlerle elde edilir ve sıvının pompa içindeki hareket şeklini görsel olarak temsil eder. Karakteristik eğriler, akış hızı ve yük (Q-H), akış hızı ve verimlilik (Q-η), akış hızı ve güç (Q-N) ve akış hızı ve buharlaşma yük marjı (Q-NPSHr) eğrilerini içerir. Bu eğriler pompanın çalışma durumunu anlamak için çok önemlidir, çünkü herhangi bir akış hızı noktası için basma yüksekliği, güç, verimlilik ve buharlaşma yükü marjı için karşılık gelen bir dizi değer eğride bulunabilir ve bu parametreler dizisine çalışma durumu veya çalışma noktası adı verilir. Özellikle santrifüj pompanın en yüksek verimdeki çalışma noktasına optimal çalışma noktası denir ve genellikle aynı zamanda tasarım çalışma noktasıdır. Bu performans parametrelerini anlamak, pompanın normal çalışmasını ve enerji-tasarrufu verimliliğini sağlamak açısından çok önemlidir.
11. Bir pompanın verimliliği nasıl tanımlanır? Formülü nedir?
Bir pompanın verimliliği, η sembolüyle gösterilen etkin gücün şaft gücüne oranı olarak tanımlanır ve hesaplama formülü η=Pe/P'dir. Burada Pe pompanın efektif gücünü, P ise pompanın mil gücünü yani ana tahrikten pompa miline iletilen gücü ifade etmektedir. Etkin güç, pompanın basma yüksekliğinin, kütle akış hızının ve yer çekimi ivmesinin çarpımıdır ve formülü Pe=ρg QH (watt cinsinden) veya Pe=QH/1000 (kilowatt cinsinden) şeklindedir. Ek olarak ρ, pompa tarafından taşınan sıvının yoğunluğunu temsil eder, sıvının özgül ağırlığıdır (= ρg) ve g yer çekimi ivmesidir. Aynı zamanda kütle akış hızı Qm, yoğunluk ρ'nin akış hızı Q ile saat başına ton veya saniye başına kilogram birimleriyle çarpılmasıyla elde edilebilir.
12. Bir pompa için tam performanslı test tezgahı nedir?
Pompalar için tam performans test tezgahı, pompaların çeşitli performans parametrelerini hassas bir şekilde test edebilen gelişmiş bir ekipmandır. Ulusal standartlarla uyumludur ve B-seviyesinde doğruluğa sahiptir, bu da test sonuçlarının doğruluğunu garanti eder. Bu test tezgahı, akış ölçümü için bir sonsuz dişli akış ölçer, basınç yüksekliği ölçümü için hassas bir basınç göstergesi, emme yüksekliği ölçümü için bir vakum ölçer ve güç ölçümü için bir eksenel güç makinesi dahil olmak üzere hassas cihazlarla donatılmıştır. Ayrıca pompanın hızını doğru bir şekilde belirlemek için bir hız göstergesi de kullanılır. Bu hassas cihazların ortak çalışmasıyla, pompanın performans parametrelerinin tamamını elde edebilir, böylece performansını kapsamlı bir şekilde değerlendirebiliriz.
