Tesisat Dergisi 195. Sayı (Mart 2012)

MAKALE 108 Tesisat Dergisi Sayı 195 - Mart 2012 Eksenel Pompalar da Performansın İç Akış Çözümleri İle Geliştirilmesi 1. Giriş Bu çalışmada debisi 400 l/s ve basma yüksek- liği 3.5 m olan, 1000 d/d’da çalışacak bir ek- senel pompanın tasarım ve üretimi yapılmıştır. Kanatlar, bu tip pompalar için uygun airfoil pro- filleri kullanılarak oluşturulmuş, tasarımı biten çark ile uyumlu difüzör tasarlanmıştır. Eksenel pompalarda difüzördeki kayıpların incelenme- sine yönelik, üç adet difüzör tasarımı üzerinde durulmuştur. Bu üç difüzör için, tasarlanan çark ile ayrı ayrı Hesaplamalı Akışkanlar Di- namiği (HAD-CFD) analizleri gerçekleştirilmiş ve pompanın performans karakteristiği sayısal deneyler yapılarak çıkarılmıştır. HAD sonuçları üzerinde yapılan iç akış değerlendirmeleri son- rasında, en yüksek verimli olanı üretim amaçlı seçilmiştir. Pompanın üretimi sonrası gerçek deneyleri yapılmıştır. Bu deney sonuçları ile elde edilen pompa karakteristiği sayısal deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. 2. Eksenel Pompa Tasarım Yaklaşımı Bir pompa tasarımı istenen debi ve basma yüksekliği değerleri ile başlar. Çalışma koşul- ları, üretim ve boyut sınırlamalarına göre belir- lenen çalışma hızı ile, pompa için bir özgül hız tanımlanır. Özgül hız pompanın tipini belirler (Şekil 1) . Bu pompalarda akışkan çarka teo- rik olarak eksenel yönde girer ve kanadı teorik olarak eksenel yönde terk eder. Tasarlanan pompanın özgül hızı (birimsiz) 4.7’dir. Şekil 1. Özgül hıza göre çark tipleri. ( ) 0.75 s Q n gH ω = (2) 2 2 u th c u H g = (3) 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 1 2 2 2 th u u w w c c H g g g − − − = + + (4) 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2 th w w c c H g g − − = + 3 2 Q m / , H m , / , g=9.81 m/s s rad s ω ⇒ ⇒ ⇒ Ülkemizin yüksek debili pompa gereksinimi giderek artmaktadır. Bu ihtiyacı karşılamak için özgül hızı yüksek olan pompaların tasarımı ve imalatının gerçekleştirilmesi ulusal sanayimizce zorunlu hale gelmiştir. Layne Bowler, üniversite işbirliği ile, bu gereksinimi karşılamaya yönelik, tasarım ve üretim çalışmalarını sürdürmektedir. Eksenel pompaların tasarımının yapıları itibariyle radyal ve karışık akışlı pompalardan farklı olması nedeniyle bu tip pompalar farklı yöntemlerle oluşturulmaktadır. Bu çalışmada ön tasarımı yapılmış olan bir eksenel pompanın iç akış çözümleri incelenerek performans iyileştirmesi, prototip üretimi öncesi yapılmıştır. Çeşitli tasarım parametreleri incelenerek son şekli verilmiş olan pompanın prototipi üretilmiş ve performans deneyleri yapılarak sayısal deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Layne Bowler Pompa Sanayi A.Ş. Layne Bowler Pompa Sanayi A.Ş. ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü Özgür CANBAZ Onur KONURALP Prof. Dr. Kahraman ALBAYRAK Özgül Hız (birimsiz); şeklinde yazılabilir. Burada w bağıl hız, u çev- resel hız, c ise mutlak hızdır. Eksenel çarklar için giriş-çıkış çapları aynı olduğundan (3) denkleminde çevresel hızların farkı sıfırdır (u 1 =u 2 ). (3) denklemi (4) olarak yazılabilir. Dolayısı ile eksenel pompalarda ve- rilen enerjinin, mutlak hızın arttırılması ve ba- ğıl hızın düşürülmesi ile transfer edilebileceği görülebilir. Eksenel çarkların basma değerleri, aynı boyutlardaki ve aynı hızdaki radyal ya da karışık akışlı çarklara göre bu yüzden düşük- tür. Radyal ve karışık akışlı pompalarda kullanılan hesap yöntemi kanat katılılık (l/t - solidity , l-kord uzunluğu, t-adım) oranının yeterin- ce büyük olduğu, β 2 çıkış açısı ve ona bağlı olarak kanat eğriliğinin büyük olduğu hallerde iyi sonuç verir. Oysa ki, eksenel pompalarda (1) Eksenel çarkların oluşturulmasında radyal ve karışık akışlı çarkların tasarımında olduğu gibi sonsuz sayıda kanat varsayımından hareket edilebilir. Ön dönmesiz durum için Euler denklemi;