Akışkanların akış işlemi sırasında akış direncinden dolayı bir miktar mekanik enerji kaybolur. Bu nedenle akışkanın bir yerden başka bir yere taşınması için, ister akışkanın toplam özgül enerjisi daha düşük olan bir yerden toplam özgül enerjisi daha yüksek olan bir yere aktarılması olsun, ister sadece akış direncinin aşılması için akışkana mekanik enerji sağlanması gerekir. Sıvıların taşınmasında kullanılan makinelere pompa (Pompa) adı verilir. Pompalar yapısal özelliklerine ve çalışma prensiplerine göre temel olarak üç kategoriye ayrılır:
I. Kanatlı-tipi pompalar: Bu pompalar, dönen kanatların sıvı üzerinde çalışmasını sağlayarak, böylece sıvının mekanik enerjisini artırarak çalışır. Örnekler arasında çeşitli santrifüj pompalar, vorteks pompalar ve eksenel akış pompaları vb. yer alır.
II Pozitif Deplasmanlı Pompalar: Bu pompalar, çalışma odasının hacmini değiştirmek, sıvıyı sıkıştırmak ve sıvı üzerinde iş yapmak, böylece sıvının mekanik enerjisini arttırmak için pistonların ileri geri hareketinden veya rotorların dönme hareketinden yararlanır. Örnekler arasında pistonlu pompalar, dişli pompalar ve vidalı pompalar vb. yer alır.
III Jet Pompası: Sıvıyı dışarı atmak için çalışma sıvısının ürettiği yüksek-hızlı jeti kullanarak çalışır ve daha sonra momentum değişimi yoluyla, dışarı atılan sıvının enerjisi artar.
Basit yapısı, üretim kolaylığı, kararlı akışı, güçlü uyarlanabilirliği ve rahat çalışması nedeniyle santrifüj pompalar kimyasal üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle bu yazımızda santrifüj pompaların tanıtımına odaklanacağız.
Santrifüj pompanın çalışma prensibi
Bir santrifüj pompa çalışırken, sıvının enerji kazanmasını ve atalet merkezkaç kuvvetinin etkisi altında basınç potansiyelini arttırmasını sağlamak için yüksek-hızlı dönen pervaneye güvenir. Santrifüj pompa çalışmaya başlamadan önce, kavitasyon oluşumunu önlemek için pompa gövdesi ve giriş boru hattı sıvı ortamla doldurulmalıdır.
Pervane hızlı bir şekilde döndüğünde, bıçaklar ortamın hızlı bir şekilde dönmesine neden olur. Dönen ortam, merkezkaç kuvvetinin etkisi altında pervaneden dışarı atılır. Pompanın içindeki su dışarı atıldıktan sonra pervanenin ortasında bir vakum alanı oluşur. Aynı zamanda sürekli olarak sıvıyı emer ve emilen sıvıya sürekli olarak belirli bir enerji-verip sıvıyı dışarı atar. Böylece santrifüj pompa sürekli olarak bu şekilde çalışır.
Santrifüj pompanın yapısı
Santrifüj pompaların pek çok çeşidi bulunmaktadır. Çeşitli pompa tiplerinin yapıları farklı olsa da ana bileşenleri temelde aynıdır.
Bir santrifüj pompanın ana bileşenleri şunları içerir: çark, pompa mili, pompa gövdesi, pompa tabanı, salmastra kutusu (sızdırmazlık cihazı), sızdırmazlık halkası, yatak yuvası vb.
1. Pervane
Çark, santrifüj pompanın çalışma bileşenidir. Yüksek hızda dönerek sıvılar üzerinde iş yaparak sıvıların pompalanmasını sağlar. Santrifüj pompanın önemli bir parçasıdır.
Pervane genel olarak göbek, kanatlar ve kapak plakasından oluşur. Pervanenin kapak plakası, ön kapak plakası ve arka kapak plakasına bölünmüştür. Çarkın giriş tarafındaki kapak plakasına ön kapak plakası, diğer taraftaki kapak plakasına ise arka kapak plakası adı verilir.
Santrifüj pompa çalıştırıldığında, pompa mili, pervaneyi birlikte yüksek hızda dönecek şekilde tahrik eder. Bu, bıçakların arasına önceden doldurulmuş-sıvıyı dönmeye zorlar. Atalet merkezkaç kuvvetinin etkisi altında sıvı, çarkın merkezinden çevresine doğru radyal olarak hareket eder.
Pervaneden geçen akış sürecinde sıvı, statik basıncının artması ve akış hızının artmasıyla enerji kazanır. Sıvı çarktan çıkıp pompa gövdesine girdiğinde gövde içinde giderek genişleyen akış kanalları nedeniyle yavaşlar. Kinetik enerjinin bir kısmı statik basınç enerjisine dönüştürülür ve sonunda teğetsel olarak boşaltma boru hattına akar.
Çarklar yapısal şekillerine göre aşağıdaki üç tipte sınıflandırılabilir.
(1) Kapalı pervanenin her iki tarafında da kapak plakaları bulunur. Kapak plakaları arasında 4 ila 6 adet kanat bulunmaktadır. Kapalı pervane yüksek verime sahiptir ve en yaygın kullanılan tiptir. Katı parçacıklar veya lifler içermeyen temiz sıvıların taşınması için uygundur.
(2) Açık-tip pervanenin kanatların her iki yanında da kapak plakaları yoktur. Büyük miktarda askıda katı madde içeren sıvıların taşınması için uygundur. Ancak verimliliği nispeten düşüktür ve taşınan sıvının basıncı yüksek değildir.
(3) Yarı-açık tip pervanenin yalnızca bir arka kapak plakası vardır. Sedimantasyona yatkın veya katı askıda madde içeren sıvıların taşınması için uygundur. Verimliliği açık ve kapalı tip çarkların arasında yer alır.
2. Pompa mili
Santrifüj pompanın pompa milinin ana işlevi, gücü iletmek ve pervaneyi çalışma konumunda tutmak ve normal şekilde çalışmak için desteklemektir. Milin bir ucu bir kaplin vasıtasıyla motor miline bağlanır ve diğer ucu dönme hareketi için pervaneyi destekler. Şaft, rulmanlar ve eksenel contalar gibi bileşenlerle donatılmıştır.
Pompa milleri için yaygın olarak kullanılan malzemeler karbon çeliği ve paslanmaz çeliktir.
Pervane ve mil bir kama ile bağlanmıştır. Bu bağlantı yöntemi yalnızca tork iletebildiğinden ancak pervanenin eksenel konumunu sabitleyemediğinden, pompada pervanenin eksenel konumunu sabitlemek için bir eksenel manşon ve bir kilitleme somunu kullanılır.
Pervane kilitleme somunu ve mil kovanı ile eksenel olarak konumlandırıldıktan sonra kilitleme somununun gevşemesini önlemek için pompanın ters dönmesini önlemek gerekir. Özellikle yeni kurulan veya sökülüp onarılan pompalarda, yönetmelik gereği dönüş yönü kontrolü yapılarak belirtilen yöne uygunluğunun sağlanması gerekmektedir.
3. Kol
Şaft manşonunun işlevi, salmastra ile pompa mili arasındaki sürtünmeyi salmastra ile mil manşonu arasındaki sürtünmeye dönüştürerek pompa şaftını korumaktır. Bu nedenle mil kovanı, santrifüj pompanın aşınmaya- eğilimli bir bileşenidir.
Şaft manşonunun yüzeyi aynı zamanda karbürleme, nitrürleme, krom kaplama ve püskürtme gibi işlemlere de tabi tutulabilir. Yüzey pürüzlülüğü gereksinimi genellikle Ra3,2μm - Ra0,8μm'ye ulaşmak için gereklidir. Bu sürtünme katsayısını azaltabilir ve servis ömrünü uzatabilir.
4. Rulmanlar
Rulmanlar rotorun ağırlığını ve yükünü destekleme rolünü oynar. Santrifüj pompalarda çoğunlukla rulmanlar kullanılmaktadır. Rulmanın dış bileziği, yatak yuvası deliği ile taban mil sisteminde, iç bileziği ise dönen mil ile taban delik sistemindedir. Eşleşen kategorideki ulusal standartların tavsiye edilen değerleri vardır ve bunlar belirli koşullara göre seçilebilir. Rulmanlar genellikle gres ve yağlama yağı ile yağlanır.
5. Doldurma kutusu
Pompa mili, pompa gövdesinden dışarı çıktığında, mil ile gövde arasında bir boşluk oluşur. Tek emişli -santrifüj pompalarda bu kısımda mil sızdırmazlık cihazı kullanılmazsa pompa gövdesi içindeki yüksek-basınçlı su büyük miktarlarda dışarı sızacaktır. Salmastra kutusu yaygın olarak kullanılan şaft sızdırmazlık cihazlarından biridir. Salmastra kutusu beş bileşenden oluşur: salmastra manşonu, salmastra, su sızdırmazlık borusu, su sızdırmazlık halkası ve salmastra kapağı.
⒍蜗壳
Salyangoz, pervanenin çıkışından bir sonraki aşamadaki pervanenin girişine veya pompanın çıkış borusuna kadar kesit alanı giderek artan, spiral-şeklinde bir akış kanalıdır. Akış kanalı giderek genişler ve çıkış, bir difüzör tüpü biçimindedir. Sıvı pervaneden dışarı aktıktan sonra akış hızı düzgün bir şekilde azaltılarak kinetik enerjisinin büyük bir kısmı statik basınç enerjisine dönüştürülebilir.
Salyangozun avantajları imalatının kolay olması, geniş bir verim bölgesine sahip olması ve çark işlendikten sonra pompanın veriminin çok az değişmesidir.
Dezavantajı ise kıvrım şeklinin asimetrik olmasıdır. Tek salyangoz kullanıldığında, rotora radyal olarak etki eden basınç eşit değildir ve bu da muhtemelen şaftın bükülmesine neden olur. Bu nedenle, çok-kademeli pompalarda yalnızca ilk ve son bölümlerde salyangozlar kullanılırken, orta bölümde bir kılavuz tekerlek cihazı kullanılır.
Salyangozun malzemesi genellikle dökme demirdir. Korozyon önleyici pompanın salyangoz kısmı paslanmaz çelikten veya plastik, fiberglas vb. gibi diğer-korozyon önleyici malzemelerden yapılır. Çok-kademeli pompalar için, yüksek basınçtan dolayı malzeme mukavemeti gereksinimleri daha yüksektir ve salyangozları genellikle dökme çelikten yapılır.
⒎ Tahrik Tekerleği
Kılavuz tekerlek, ön tarafta dış kenarı etrafına sarılmış ileri kılavuz kanatları olan sabit bir disktir. Bu kılavuz kanatçıklar bir dizi difüzör-şekilli akış kanalı oluşturur. Arka tarafta sıvıyı bir sonraki kademe pervanesinin girişine yönlendiren ters kılavuz kanatları bulunmaktadır. Sıvı pervaneden atıldıktan sonra düzgün bir şekilde kılavuz tekerleğe akar ve hızı giderek azalarak ve kinetik enerjisinin çoğu statik basınç enerjisine dönüştürülerek ileri kılavuz kanatları boyunca dışarı doğru akmaya devam eder.
Pervane ve kılavuz kanatları arasındaki radyal tek taraflı açıklık yaklaşık 1 mm'dir. Açıklık çok büyükse verimlilik azalacaktır; çok küçük olması titreşime ve gürültüye neden olur. Salyangozla karşılaştırıldığında, kılavuz tekerlekleri olan bölümlü çok-kademeli santrifüj pompanın pompa gövdesinin üretimi daha kolaydır ve daha yüksek bir enerji dönüşümü verimliliğine sahiptir. Ancak kurulumu ve bakımı salyangozunkine göre daha zordur.
16. Sızdırmazlık halkası
İç sızıntıyı azaltmak ve pompa gövdesini korumak için, pervanenin girişine karşılık gelen kabuk üzerine değiştirilebilir bir sızdırmazlık halkası takılmıştır. Sızdırmazlık halkasının iç deliği ile pervanenin dış dairesi arasındaki radyal boşluk genellikle 0,1 ila 0,2 mm arasındadır. Sızdırmazlık halkası aşındıktan sonra radyal boşluk artar, bu da pompanın sıvı boşaltma hacminde azalmaya ve verimde azalmaya neden olur. Sızdırmazlık boşluğu belirtilen değeri aştığında, zamanla değiştirilmesi gerekir.
Sızdırmazlık halkasının yapısal formları üç tiptir:
Basit bir yapıya ve kolay üretime sahip, ancak sızdırmazlık etkisi zayıf olan düz{0}}halka tipi;
Dik-açılı tipteki sızdırmazlık halkası, sıvı sızıntısının 90 derecelik bir kanaldan geçmesine izin vererek düz-halka tipine kıyasla daha iyi bir sızdırmazlık etkisi sağlar. Yaygın olarak kullanılmaktadır.
Labirent conta halkası iyi bir sızdırmazlık etkisine sahiptir ancak yapısı karmaşıktır ve imalatı zordur. Bu nedenle santrifüj pompalarda nadiren kullanılır.
Santrifüj pompanın çalışma süreci
Pompayı çalıştırmadan önce pompayı ilk olarak taşınacak sıvıyla doldurun.
2. Pompa çalıştırıldıktan sonra pompa mili, pervaneyi yüksek hızda dönecek şekilde hareket ettirerek merkezkaç kuvveti oluşturur. Bu kuvvet altında sıvı çarkın merkezinden çarkın çevresine doğru fırlatılır, basıncı artar ve çok yüksek bir hızla (15-25 m/s) pompa gövdesine akar.
3. Pompa gövdesinde akış kanalı sürekli genişledikçe sıvının akış hızı yavaşlar ve kinetik enerjinin çoğunun basınç enerjisine dönüşmesine neden olur. Son olarak sıvı, nispeten yüksek bir statik basınçla boşaltma ağzından dışarı akar ve boşaltma boru hattına girer.
4. Pompanın içindeki sıvı dışarı atıldıktan sonra pervanenin merkezinde bir vakum oluşur. Sıvı yüzey basıncı (atmosferik basınç) ile pompa içindeki basınç (negatif basınç) arasındaki basınç farkı altında sıvı, emme boru hattı üzerinden pompaya girer ve sıvının dışarı atıldığı konumu doldurur.
Santrifüj pompaların sınıflandırılması
Santrifüj pompa ürünleri genel olarak yapısal özelliklerine göre sınıflandırılır. Altı tip de dahil olmak üzere çeşitli sınıflandırma yöntemleri vardır: çalışma basıncına, çalışan pervane sayısına, pervanenin su alma şekline vb. göre sınıflandırılır.
⒈ Çalışma basıncına göre:
Düşük-basınç pompası: Basınç, 100 metrelik su sütunundan düşüktür.
Orta-basınç pompası: Basınç, 100 ila 650 metre su sütunu arasında değişir.
Yüksek-basınç pompası: Basınç, 650 metrelik su sütunundan daha yüksektir.
2. Çalışan çark sayısına göre:
Tek-kademeli pompa: Pompa milinde yalnızca bir pervane bulunan pompayı ifade eder.
Çok-kademeli pompa: Bu tür pompaların şaftında iki veya daha fazla pervane bulunur. Bu durumda pompanın toplam yükü, n adet çarkın her biri tarafından üretilen yüklerin toplamıdır.
3. Pervanenin su alma yöntemine göre:
Tek-taraflı su-giriş pompası: Tek-emme pompası olarak da bilinir, pervane üzerinde yalnızca bir su giriş noktasının olduğu anlamına gelir.
Çift yönlü emme pompası: Çift-emme pompası olarak da bilinen bu pompa, pervanenin her iki yanında bir giriş portuna sahiptir. Akış hızı, tek bir-emme pompasının akış hızının iki katıdır. Kabaca, arka arkaya-yerleştirilmiş iki tek{{4}emme pompası pervanesi olarak kabul edilebilir.
4. Pompa milinin konumuna göre:
Yatay pompa: Pompa mili yatay konumdadır.
Dikey pompa: Pompa mili dikey konumdadır.
5. Pompa gövdesi birleşim yerinin şekline göre:
Yatay bölmeli pompa: Eksenden geçen yatay düzlemde derz dikişinin açıldığı pompadır.
Dikey eklem yüzeyi pompası: Bu, eklem yüzeyinin eksen çizgisine dik olduğu bir pompayı ifade eder.
6. Pervaneden çıkan suyun tahliye odasına yönlendirilme yöntemi:
Gövdeli pompa: Su çarktan çıktıktan sonra doğrudan spiral şekilli pompa gövdesine girer.
Kılavuz kanatlı pompa: Su, çarktan çıktıktan sonra çarkın dışında bulunan kılavuz kanatlara girer ve bir sonraki aşamaya geçerek çıkış borusuna akar.
⒎ Taşınan farklı ortamlara göre santrifüj pompalar şu şekilde sınıflandırılabilir: su pompaları, yağ pompaları, korozyona-dirençli pompalar vb.
Kavitasyon ve buhar kilidi
Erozyon olgusu
Santrifüj pompanın çalışma prensibinden, kanatlar arasındaki sıvının yüksek-hızla dönen pervaneden atılmasından sonra pervane girişi yakınında düşük-basınçlı bir alanın oluştuğu bilinebilir. Çark girişindeki basınç, çalışma sıcaklığında taşınan sıvının doymuş buhar basıncı pV'ye eşit veya bundan düşük olduğunda, bu bölgedeki sıvı buharlaşacak ve kabarcıklar oluşturacaktır. Kabarcıklar sıvıyla birlikte yüksek-basınç alanına doğru ilerlediklerinde, basınç nedeniyle hızla yoğunlaşacaklar.
Kabarcıkların yoğunlaşması anında yerel bir vakum oluşur. Çevreleyen sıvı, daha önce kabarcığın kapladığı alana yüksek bir hızla hücum ederek darbe ve titreşime neden olur, bu da önemli bir darbe kuvvetine neden olur. Özellikle kabarcığın yoğunlaşma noktası bıçağın yüzeyine yakın olduğunda çok sayıda sıvı parçacık yüksek frekans ve basınçta bıçağa çarpar; Aynı zamanda kabarcık, az miktarda oksijen ve metal malzemeler üzerinde kimyasal aşındırıcı etkiye sahip diğer maddeleri de içerebilir. Sürekli darbe ve kimyasal korozyonun birleşik etkisi altında, bıçağın yüzeyi hasar görür, lekeler ve çatlaklar oluşur ve bu da bıçağın erken hasar görmesine neden olur. Bu olaya santrifüj pompalarda kavitasyon denir.
Gaz bağlama olgusu
Santrifüj pompa çalıştırıldığında, pompada hava varsa, hava yoğunluğunun düşük olması nedeniyle dönüşten sonra oluşan merkezkaç kuvveti küçüktür. Bunun sonucunda çarkın merkez bölgesinde oluşan düşük basınç, sıvının emilmesi için yetersiz kalır. Santrifüj pompa çalıştırılsa bile taşıma görevini tamamlayamaz. Bu olaya "hava kilidi" denir.
Bu, santrifüj pompanın kendinden-hazırlama özelliğine sahip olmadığını gösterir. Bu nedenle santrifüj pompa çalıştırılmadan önce taşınacak sıvı ile doldurulması gerekmektedir. Elbette santrifüj pompanın emme girişi taşınan sıvının sıvı seviyesinin altına yerleştirilirse sıvı otomatik olarak pompanın içine akacaktır. Bu özel bir durum. Santrifüj pompanın emme boru hattı, başlamadan önce doldurulan sıvının pompadan dışarı akmasını önlemek için bir alt valf ile donatılmıştır. Filtre süzgeci, sıvıdaki katı maddelerin emilmesini ve boru hatlarını ve pompa gövdesinin boşaltma borusunu tıkamasını önleyebilir. Basma borusuna takılan ayar vanası pompayı çalıştırmak, pompayı durdurmak ve akışı düzenlemek için kullanılır.
Kavitasyon ve buhar kilitlenmesinin farklı nedenleri açısından:
Hava bağlanması, pompa gövdesi içinde havanın varlığını ifade eder. Genellikle pompa çalıştırıldığında meydana gelir. Ana belirti, pompa gövdesi içindeki havanın tamamen çıkarılmamış olmasıdır. Kavitasyon, sıvının belirli bir sıcaklıkta buharlaşma basıncına ulaşmasından kaynaklanır. Taşınan ortam ve çalışma koşullarıyla yakından ilişkili olduğu görülebilir.
Hava kilidi olgusunun ortaya çıkmasını önlemek için aşağıdaki yöntemler kullanılabilir:
1. Başlamadan önce kabuğu sıvıyla doldurun. Kabuğun sıkı bir şekilde kapatıldığından emin olun. Su doldurma vanası ve duş başlığı sızıntı yapmamalıdır. Sızdırmazlık performansı iyi olmalıdır.
2. Santrifüj pompanın emme boru hattı, çalıştırmadan önce pompalanan sıvının pompaya geri akmasını önlemek için bir alt valf ile donatılmıştır. Filtre süzgeci, sıvıdaki katı parçacıkların emilmesini önleyebilir. Tahliye boru hattı, pompayı başlatmak ve durdurmak ve akış hızını düzenlemek için kullanılan bir düzenleme vanasıyla donatılmıştır.
3. Santrifüj pompanın emme girişini sıvının taşınması gereken sıvı seviyesinin altına yerleştirin. Sıvı otomatik olarak pompaya akacaktır.
Kavitasyon oluşumunun nedenleri ve çözümleri
Kavitasyonun ana nedenleri şunlardır:
1. Giriş boru hattının direnci çok yüksek veya boru hattı çok ince.
2. Taşınan ortamın sıcaklığı çok yüksek;
3. Aşırı akış, yani çıkış vanasının çok fazla açılması;
4. Kurulum yüksekliği çok yüksek, bu da pompanın sıvı emme kapasitesini etkiliyor.
5. Pompaların seçimi ve pompa malzemelerinin seçimi vb. dahil olmak üzere seçim konuları.
Çözüm:
1. Düzgün akışı sağlamak için giriş boru hattındaki yabancı maddeleri çıkarın veya boru hattının çapını artırın.
2. Taşınan ortamın sıcaklığını azaltın;
3. Kurulum yüksekliğini azaltın;
4. Pompayı değiştirin veya pompanın belirli bileşenlerinde kavitasyona dayanıklı malzemeler kullanmak gibi iyileştirmeler yapın.
