Tesisat Dergisi 213. Sayı (Eylül 2013)

MAKALE Tesisat Dergisi Say× 213 - Eylül 2013 135 de 5kW gücünde bir motorla tahrik edilmiş ve sabit debi değerinde pompa basma yüksekliği değişken NPSH koşullar× alt×nda ölçülmüştür. Ölçümler yap×l×rken ses spektrumu pompaya 0,5-1m uzakl×kta bir mikrofon yard×m×yla kaydedilmiştir. Spektral analiz FFT dönüşümü ile yap×lm׺t×r. ûekil 13 ’de kavitasyonlu durumda oluşan ses seviyelerinin 147 Hz frekans×nda ve kanat geçiş frekans×n×n harmoniklerinde kavitas- yonsuz duruma göre ayr×klaşt×ğ× aç×k olarak görülmektedir. Belirli bir frekans değerinde ya da ayr×k frekans spektrumunun pik noktas×nda ortaya ç×kan değerin, kritik NPSH değeri ile ilişkili olduğu görülmüştü. Bu bilgiden yola ç×karak yap×lan bir deneysel çal׺mada [7] 2176Hz frekans komponentinin ortaya ç×kmas×n×n sebebi olan kavitasyonlu çal׺ma durumundaki ses üretim mekanizmas× araşt×r×lm׺t×r. Bu amaçla ilk olarak aç×k havada ses bas×nç seviyesi ölçümleri, ikinci olarak su alt× akustiği ölçümleri ve son olarak yap×sal titreşim esasl× ölçümler al×nm׺t×r. Ölçüm sonuçlar× ûekil 16 ’da görülmektedir. şekil değişiklikleri ve adaptasyonu ile ak׺ modelleme. Bu sistemde kavitasyon boşluğu iteratif olarak her ad×mda şekil değişikliğine uğrar. Çift faz modelleme gereği duyulmaz. Bu yönteme Interface Tracking – Arayüz izleme metodu denmektedir. 2. Ak×ş× çift fazl× olacak şekilde modelleme. Bö yönteme ise Interface Capturing – Arayüz hesaplama metodu denmektedir. 3.2.1. Tek Fazl× Ak×ü Modelleme ile Kavi- tasyon Hesaplama (Interface Tracking) Yöntemleri İlk yaklaş×mda s×v× buhar arayüzü kanat üzerindeki bas×nç dağ×l×m× göz önüne al×narak bulunur. Kavi- tasyon kovuğu ve ana ak×m aras×nda bir bağlant× olmad×ğ× ve baloncuk içerisinde ak׺ gerçekleşme- diği varsay×mlar× yap×l×r [1] . Dupont [2] taraf×ndan geliştirilen algoritman×n ad×mlar× şöyledir; 1. Çark×n önündeki h×z dağ×l×m×n× tam olarak he- saplayabilmek için emme hatt×ndaki ve emme hücresindeki ak׺×n 3D NS çözümleri yap×l×r. 2. Giriş s×n×r şartlar× tan×mland×ktan sonra çark içerisinde 3D NS çözümleri yap×l×r. Çark üzerindeki bas×nç dağ×l×m×ndan fay- dalanarak NPSH i (Inception NPSH) değeri hesaplanabilir ( ûekil 17 ). 3. Baloncuk oluşumu ve büyümesi Rayleigh- Plesset denklemi ile modellenir. Bu denklem küresel bir baloncuğun dinamik davran׺×n× kanat üzerindeki lokal bas×nc×n bir fonksi- yonu olarak hesaplamaya imkan verir. Düşük bas×nç bölgelerinde baloncuk çap× yerel mini- mum bas×nca kadar büyüyerek maksimum yapt×ktan sonra kanat üzerindeki bas×nc×n artmas×yla beraber küçülerek P>P buharlaşma ûekil 13. Kavitasyon başlamadan önce ve geliştikten sonra ortaya ç×kan ses spektrumu ûekil 14. Toplam ses seviyesi (L ptotal ), 147 Hz deki ses seviyesi (L p1 ) ve basma yüksekliği değerleri ûekil 16. 2176 Hz frekans×nda ortaya ç×kan titreşim ve ses bas×nç seviyeleri Ses seviyeleri kullan×larak yap×lan NPSH tahmi- ni ise ûekil 14 ’de gösterilmektedir. 147 Hz deki ses seviyesi 70-80 bD olarak görülmüştür. Bu ses seviyelerindeki NPSH=2m ise basma yük- sekliğindeki %3 düşmeye tekabül etmektedir. Buradan anlaş×labileceği gibi ses bas×nç sevi- yesi ölçümlerinden NPSH tahmini yapabilmek mümkün olmaktad×r. Benzer bir çal׺mada [6] 3 adet farkl× pompan×n ses bas×nç seviyeleri ve kavitasyon karakteristikleri eşleştirilmiştir. 2176 Hz deki frekans×n kavitasyonlu çal׺ma duru- munda ayr×klaşt×ğ× görülmüştür ( ûekil 15 ). Bu frekans kanat geçiş frekans×n×n 7. harmoniğine denk gelmektedir. Spektrumundaki maksimum nokta kritik NPSH değerini vermektedir. Bu yöntemin diğer deneysel yöntemlere göre en büyük avantaj× ekstra bir deney düzeneğine ihtiyaç duyulmamas× tüm ölçümlerin sadece bir mikrofon yard×m×yla yap×labilmesidir. ûekil 15. 2176 Hz deki ses bas×nç seviyeleri ve ve bu frekanstan yola ç×karak kritik NPSH değerinin tayini Ayr×k frekans komponentinin esas olarak kavitas- yona bağl× yap×sal titreşimlerin bir sonucu olarak ortaya ç×kt×ğ× görülmüştür. Bu durum görüldükten sonra, kavitasyona bağl× titreşimin en fazla hangi bölgelerde etkili olduğu araşt×r×lm׺t×r [8] . Farkl× NPSH değerlerindeki sonuçlara göre en yüksek titreşim salyangoz gövde yan duvar×nda, daha sonra ise pompa ç×k׺×nda ve giriş flanş× üzerinde ortaya ç×km׺t×r. Ayr×ca ses bas×nç seviyesi ve titreşim karakteristiklerinin ayn× yönde eğilim göstererek geliştiği gözlemlenmiştir. 3.2 Kavitasyon Karakteristiùinin Nümerik Olarak úncelenmesi Pompalarda kavitasyonun nümerik olarak he- saplanmas×ndaki amaç kavitasyon başlang×c×n× (inception), kavitasyon kovuğu boyutunu ve kavitasyona bağl× basma yüksekliği düşüşünü tahmin etmektir [1] . Pompalarda say×sal ka- vitasyon hesaplar×n× temel olarak 2 kategoride değerlendirmek mümkündür. 1. Kavitasyon kovuğunun s×v×-buhar ara yüzünde önceden verilen h×z veya bas×nç ko- şullar×na ulaş×l×ncaya kadar yap×lan iteratif ûekil 17. Çark girişinde ak×m çizgisi boyunca oluşan bas×nç dağ×l×m×