Santrifüj pompa

Warman santrifüj pompası kömür hazırlama tesisi uygulamasında

Hidronik ısıtma sistemi içinde sıcak su sirkülasyonu için bir çift santrifüj pompa

Santrifüj pompa sıvının dönen kinetik enerjisini hidrodinamik enerjiye dönüştürerek sıvıyı basınçlandırmak için kullanılır. Dönme enerjisi bir motordan alınır. Santrifüj pompa dinamik eksenel simetrik iş-emici türbomakinelerin alt sınıfıdır.^[1] Sıvı, pompa çarkına dönme ekseni boyunca girer, pompa çarkı tarafından hızlandırılır, radyal olarak dışarıya çıktığı difüzöre akar.^[2]

Santrifüj pompa, içme suyu, kanalizasyon, tarım, petrol ve petrokimyasal alanlarında yaygındır. Santrifüj pompalar genellikle yüksek debisi, aşındırıcı çözeltilere dayanımı, karıştırma özelliği ve nispeten basit yapısı nedeniyle seçilir.^[3] Elektrik süpürgesine santrifüj fan olarak uygulanır. Santrifüj pompanın ters işlevi, su basıncının potansiyel enerjisini mekanik dönüş enerjisine dönüştüren su türbinidir.

Tarihi

Reti'ye göre, santrifüj pompa olarak nitelendirilebilecek ilk makine Rönesans mühendisi İtalyan Francesco di Giorgio Martini tarafından 1475 gibi erken bir tarihte ortaya çıkan bir çamur kaldırma makinesiydi.^[4] Gerçek santrifüj pompalar, Denis Papin 'in düz kanatları kullanarak bir pompa yaptığı 17. yüzyılın sonlarına kadar geliştirilmedi. Eğimli kanat 1851'de İngiliz mucit John Appold tarafından tanıtıldı.

Nasıl çalışır?

Santrifüj pompanın kesit görünümü

Santrifüj pompa motordan gelen dönme enerjisini hareket eden sıvıdaki kinetik enerjiye dönüştürür. Enerjinin bir kısmı sıvının kinetik enerjisine gider. Akışkan pompa gövdesinin gözünden eksenel olarak girer çark kanatlarında yakalanır ve çarkın tüm çevresel kısımlarından kasanın difüzör kısmına çıkana kadar teğetsel ve radyal olarak dışarı doğru döndürülür. Akışkan çarktan geçerken hem hız hem de basınç kazanır. Pompa gövdesinin halka şeklindeki difüzör veya kaydırma bölümü akışı yavaşlatır ve basıncı daha da artırır.

Euler tarafından açıklama

Newton'un ikinci mekanik yasasının bir sonucu tüm türbomakinalar için açısal momentumun (veya "momentum momentinin") korunumudur. Buna göre açısal momentumun değişimi dış momentlerin toplamına eşittir. Giriş ve çıkışta açısal momentumlar ρ×Q×r×cu, M harici torku ve kesme gerilmelerine bağlı sürtünme momentleri Mτ çarka veya difüzöre etki eder.

Silindirik yüzeylerde çevresel yönde basınç kuvveti oluşturulmadığından (1.10) denklemi aşağıdaki gibi yazılabilir:^[5]

${\displaystyle \rho Q(c_{2}u.r_{2}-c_{1}u.r_{1})=M+M_{\tau }}$ (1.13)

Euler'in pompa denklemi

Denklem (1.13) 'e dayanarak Euler, çark tarafından oluşturulan kafa basınç denklemini geliştirdi, bkz. Şekil 2.2

${\displaystyle Yth.g=H_{t}=c_{2}u.u_{2}-c_{1}u.u_{1}}$ (1)

${\displaystyle Yth=1/2(u_{2}^{2}-u_{1}^{2}+w_{1}^{2}-w_{2}^{2}+c_{2}^{2}-c_{1}^{2})}$ (2)

(2). Denklemde 4 ön elemanın toplamına statik basınç, son 2 elemanın toplamına hız basıncı denir, Şekil 2.2‘ye ve denkleme dikkatlice bakın.

H_t teorik kafa basıncı; enleme bağlı olarak g = 9.78 ile 9.82 (m/s2) arasındadır, geleneksel tam standart değeri 9.80665 (m/s2) dir barycentric yerçekimi ivmesi

u₂=r₂.ω peripheral çevresel hız vektörü

u₁=r₁.ω giriş çevresel hız vektörü

ω=2π.n açısal hız

w₁ giriş bağıl hız vektörü

w₂ çıkış bağıl hız vektörü

c₁ giriş mutlak hız vektörü

c₂ çıkış mutlak hız vektörü

Hız Üçgeni

Hız vektörü u, c, w tarafından oluşturulan renkli üçgene "hız üçgeni" denir. Bu kural Denklem (1) 'in Denklem (2) ye dönüştürülmesinin açıklamasına yardımcı oldu ve pompanın nasıl çalıştığını açıkladı.

Şekil 2.3(a) öne eğik kanatlı çarkın(impeller) üçgen hızını gösterir; Şekil 2.3(b) radyal düz kanatlı çarkın üçgen hızını gösterir. Akışa eklenen enerjinin (c vektöründe gösterilmektedir) Q debisine göre ters yönde değiştiğini (c _m vektöründe gösterilmiştir) açıkça gösterir.

Verimlilik faktörü

${\displaystyle \eta ={\frac {\rho .gQH}{P_{m}}}}$,

Burada:

${\displaystyle P_{m}}$ gerekli mekanik giriş gücüdür (W)

${\displaystyle \rho }$ sıvı yoğunluğudur (kg/m³)

${\displaystyle g}$ standard yerçekimi ivmesidir (9.80665 m/s²)

${\displaystyle H}$ akışa eklenen enerji Kafasıdır (m)

${\displaystyle Q}$ debidir (m³/s)

${\displaystyle \eta }$ pompanın ondalık olarak hesaplanan verimliliğidir

Pompa tarafından eklenen kafa (${\displaystyle H}$) statik kaldırma, sürtünmeden kaynaklanan yük kaybı ve vanalar veya boru kıvrımlarından kaynaklanan kayıpların toplamıdır ve tümü metre sıvı cinsinden ifade edilir. Güç, yaygın olarak kilovat (10³W, kW) veya beygir gücü olarak belirtilir. Pompa verimlilik değeri ${\displaystyle \eta _{pompa}}$ pompanın kendisi için veya pompa ve motor sisteminin birleşik bir verimliliği olarak belirtilebilir.

Dikey santrifüj pompalar

Dikey santrifüj pompalara konsol(İngilizce: cantilever) pompalar da denir. Rulmanlar karterin (İngilizce: sump) dışındayken sarmalın (İngilizce: volute) karterde asılı kalmasına imkan veren benzersiz bir mil ve yatak destek biçimi kullanırlar. Bu tipteki pompa mili sızdırmaz kılmak için salmastra kutusu kullanmaz bunun yerine bir "kısma burcu (İngilizce: throttle bushing)" kullanır.

Bu tip pompa için yaygın bir uygulama parça yıkayıcı 'dır.

Köpük pompaları

Maden endüstrisinde veya yağların çıkarılmasında köpük, zengin mineralleri veya bitümü kum ve killerden ayırmak için üretilir. Köpük, geleneksel pompaları engelleme ve besleme kaybına neden olma eğiliminde olan havayı içerir. Tarih boyunca, endüstri bu problemle başa çıkmak için farklı yollar geliştirdi. Selüloz ve kağıt endüstrisinde çarkta delikler açılır. Hava, çarkın arkasına kaçar ve özel bir ekspeller havayı emme tankına geri gönderir. Pervane ayrıca, ayrık kanatlar veya ikincil kanatlar olarak adlandırılan birincil kanatlar arasında özel küçük kanatlar içerebilir. Bazı pompalar kabarcıkları kırmak için pompanın boşaltmasından emişe geri dönen basınçlı köpüğün büyük bir göz, bir indükleyici veya devridaimine sahip olabilir.^[6]

Çok kademeli santrifüj pompalar

Çok kademeli santrifüj pompa^[7]

İki veya daha fazla çarkı içeren bir santrifüjlü pompaya çok kademeli santrifüj pompa denir. Çarklar aynı mil üzerine veya farklı millere takılabilir. Her aşamada akışkan dış çaptaki tahliyeye gitmeden önce merkeze yönlendirilir.

Çıkışta daha yüksek basınçlar için çarklar seri olarak bağlanabilir. Daha yüksek debi çıkışı için çarklar paralel bağlanabilir.

Çok kademeli santrifüj pompanın yaygın bir uygulaması kazan besleme su pompası'dır. Örneğin 350 MW'lık bir ünite paralel olarak iki besleme pompası gerektirir. Her besleme pompası 21 MPa'da 150 lt/s üreten çok kademeli bir santrifüj pompadır.

Sıvıya aktarılan tüm enerji çarkı çalıştıran mekanik enerjiden elde edilir. Bu izentropik sıkıştırmada ölçülebilir ve (basınç artışına ek olarak) hafif bir sıcaklık artışına neden olur.

Enerji kullanımı

Bir pompalama tesisatında enerji kullanımı gerekli debi, kaldırılan yükseklik ve boru hattının uzunluğu ve sürtünme özellikleri ile belirlenir. Bir pompayı çalıştırmak için gereken güç (${\displaystyle P_{i}}$) SI birimleri kullanılarak şu şekilde tanımlanır:

${\displaystyle P_{i}={\cfrac {\rho \ g\ H\ Q}{\eta }}}$

burada:

${\displaystyle P_{i}}$ gerekli giriş gücü (W)

${\displaystyle \rho }$ sıvının yoğunluğu (kg/m³)

${\displaystyle g}$ standard yerçekimi ivmesi (9.80665 m/s²)

${\displaystyle H}$ akışa eklenen enerji Kafası (m)

${\displaystyle Q}$ debi (m³/s)

${\displaystyle \eta }$ ondalık olarak yazılan pompa verimlilik değeri

Pompa tarafından eklenen kafa (${\displaystyle H}$) statik kaldırma, sürtünmeden kaynaklanan yük kaybı ve vanalar veya boru kıvrımlarından kaynaklanan kayıpların toplamıdır ve tümü metre sıvı cinsinden ifade edilir. Güç, yaygın olarak kilovat (10³ W, kW) veya beygir gücü (hp = kW/ 0.746) olarak ifade edilir. Pompa verimlilik değeri, ${\displaystyle \eta _{pompa}}$, pompanın kendisi için veya pompa ve motor sisteminin birleşik verimliliği olarak belirtilebilir.

Enerji kullanımı güç gereksiniminin pompanın çalıştığı süre ile çarpılmasıyla belirlenir.

Kaynakça

1. Shepard, Dennis G. (1956). Principles of Turbomachinery. Macmillan. ISBN 0-471-85546-4. LCCN 56002849. 
2. mekanikdunyasi.wordpress.com (1 Kasım 2014). "Santrifüj Pompa Nasıl Çalışır?". 14 Haziran 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Haziran 2018. 
3. "Sprayer Pump Types, Costs, and Specifications". Sprayer Supplies (İngilizce). 13 Ekim 2018. 21 Kasım 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Kasım 2018. 
4. Reti, Ladislao; Di Giorgio Martini, Francesco (Yaz 1963). "Francesco di Giorgio (Armani) Martini's Treatise on Engineering and Its Plagiarists". Technology and Culture. 4 (3): 287-298 (290). doi:10.2307/3100858. 
5. Gülich, Johann Friedrich (2010). Centrifugal Pumps (2. bas.). ISBN 978-3-642-12823-3. 
6. Baha Abulnaga (2004). Pumping Oilsand Froth (PDF). 21st International Pump Users Symposium, Baltimore, Maryland. Published by Texas A&M University, Texas, USA. 11 Ağustos 2014 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Ekim 2012. 
7. Moniz, Paresh Girdhar, Octo (2004). Practical centrifugal pumps design, operation and maintenance (1. publ. bas.). Oxford: Newnes. s. 13. ISBN 0750662735. 17 Haziran 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Nisan 2015. 

Dış bağlantılar

• Minimum Thermal Flow in Centrifugal Pumps28 Mayıs 2018 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. - Chemical Engineering Site