Upload
others
View
16
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ
MAK 421
MAKİNE LABORATUVARI II
SERİ/PARALEL SANTRİFÜJ POMPA EĞİTİM SETİ
DENEY FÖYÜ
2018
İÇİNDEKİLER
TEORİK BİLGİLER ............................................................................................................................... 3
Verim () ............................................................................................................................................. 3
Özgül hız ............................................................................................................................................. 3
Kavitasyon (kovuklaşma) .................................................................................................................... 4
Emmedeki net pozitif yük (ENPY) ..................................................................................................... 4
Pompaların tesisata bağlanma şekillerine göre durumlar: ................................................................... 5
a) Tek Pompa Durumunda Karakteristik Özellikler ........................................................................ 5
b) 2 Pompa Seri Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler ........................................................... 5
c) 2 Pompa Paralel Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler ...................................................... 5
TESİSATIN TANITIMI .......................................................................................................................... 8
DENEYLER ............................................................................................................................................ 9
1) Pompa basma yüksekliği-debi ilişkisi (karakteristik eğri) ........................................................... 10
2) Pompa veriminin bulunması ......................................................................................................... 11
3) Pompa özgül hızının bulunması .................................................................................................... 12
4) Pompa ENPKY değerinin bulunması............................................................................................ 12
5) Seri pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi ................................................................................. 13
6) Paralel pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi ............................................................................ 13
ŞEKİLLER
Şekil 1. Tek pompa durumunda karakteristik özellikler. ......................................................................... 5 Şekil 2. İki pompa seri bağlı durumunda karakteristik özellikler. ........................................................... 5 Şekil 3. İki pompa paralel bağlı durumunda karakteristik özellikler....................................................... 5 Şekil 4. Bir pompa sisteminin şeması...................................................................................................... 6 Şekil 5. Seri/Paralel santrifüj pompa eğitim seti şeması. ........................................................................ 8
TEORİK BİLGİLER
Verim ():
Pompa verimi, sıvıya net olarak aktarılan hidrolik gücün mil gücüne oranıdır. Pompa verimi;
pompanın özgül hızına, pompa tipine (salyangoz, kademeli, in-line, açık-çarklı, vb.) ve debiye bağlı
olup %35 ile %85 arasında bir değerdir. Bir pompanın tavsiye edilen çalışma aralığı; verimin, optimum
noktadaki verimin %80’inden büyük olduğu debi aralığıdır. Yani; optimum verim 0,75 olarak
hesaplanmışsa, minimum verim 0,8*0.75=0,6 olarak hesaplanır. 0,6 verim katsayısına karşılık gelen
debi, tavsiye edilen minimum çalışma debisidir.
akışkan gücü
giriş gücü
cosmm IV
Hgm ……………………………………………………(1)
m : Suyun kütlesel debisi [kg/s] (yoğunluk*hacimsel debi)
g : Yer çekim ivmesi 9,81 [m/s2]
H : Basma yüksekliği [mSS]
Vm: Motor voltajı [V]
mI : Motorun çektiği akım [A]
cos : Motorun güç katsayısı
---------------------------------------------------------------------
Özgül hız:
Pompa çarkının geometrik olarak biçimini belirlemeye yarayan bir sayı olup pompanın optimum
noktadaki değerleri ile hesaplanır. Santrifüj pompalarla yapılan bu deneyde özgül hız değeri 10-80
arasında yer alır.
75,0
.
H
VNNq ……………………………………………………………………………………..(2)
N = Çarkın dönme hızı (d/d) (2900 d/d alınacak)
.
V = Optimum hacimsel akış debisi (m3/s).
H = Optimum pompa manometrik yüksekliği (m)
Nq Pompa Tipi
10-80 Santrifüj
40-175 Karışık Akımlı
160-350 Eksenel
---------------------------------------------------------------------
Kavitasyon (kovuklaşma):
Pompa içinde herhangi bir bölgede statik basınç yerel olarak basılan sıvının buharlaşma
basıncının altına düşerse, o bölgeden geçen sıvı buharlaşır ve çok sayıda çok küçük boyutlarda doymuş
sıvı buharı habbecikleri oluşur. Bu sırada sıvı içinde erimiş hava ve gazlar da serbest kalarak gaz
kabarcıkları oluştururlar. Akan sıvının dinamik etkisi ile sürüklenen buhar zerreleri yerel statik basıncın,
sıvının o sıcaklıktaki buharlaşma basıncından daha yüksek olduğu bir bölgeye geldiklerinde aniden
yoğuşurlar. Sıvının yerel olarak buharlaşması ve yoğuşması çevrimi “kavitasyon” (kovuklaşma) olarak
adlandırılır.
Sıvı buhar zerrelerinin yoğuşması sırasında boşaltılan hacimler, bunları çevreleyen sıvı
tarafından aniden doldurulur. 20°C de doymuş su buharının hacminin aynı sıcaklık ve kütledeki suyun
hacminin 60 000 katı olduğu dikkate alınırsa yoğuşma sırasında basıncın yerel olarak 4 000 bar'a kadar
artışını da nedeni ortaya çıkar. Sıvının buharlaşması-yoğuşması çevrimi saniyede 300-400 kez
olmaktadır. Sıvı buharı zerrelerinin yoğuşması; pompada titreşim, gürültü ve yoğuşma bölgesine yakın
katı yüzeylerde "kavitasyon erozyonu"na neden olur. Kavitasyona çalışma süresine bağlı olarak,
pompada malzeme aşınması sonucu sünger gibi bir malzeme yapısı ortaya çıkar. Kavitasyonun bu
mekanik etkisinin dışında pompanın hidrolik performansında da bozulma gözlenir. Tam gelişmiş
kavitasyonda çarkın içindeki akış kesitleri buhar zerreleri tarafından bloke edildiğinden debide artış
sağlamak mümkün olmadığı gibi manometrik yükseklikte de ani bir düşme gözlenir.
Kavitasyon; neden olduğu istenmeyen mekanik ve hidrolik etkilerden dolayı pompaların teknik
olarak güvenilir çalışma aralığını, emme yükünü, dönme hızını, pompa boyutlarını ve ekonomikliğini
sınırlayan en önemli faktördür. Sistemimize için kavitasyonsuz çalışma bölgesinde çalışan bir pompa
seçmek için “emmedeki net pozitif yük ENPY) değeri hesaplanır.
Santrifüj pompalarda kavitasyona karşı en hassas, dolayısıyla kavitasyon erozyonunun en çok
olduğu bölgeler; kanat girişinde emme yüzeyi ve çarkın ön yanağıdır. Kademeli pompalarda genellikle
1. kademede kavitasyonun aşındırma etkisi hissedilir. Ancak gelişmiş, şiddetli kavitasyonda salyangoz
gövdesinde ve dilde kademeli pompalarda difüzörde de kavitasyon erozyonu olmaktadır.
Emmedeki net pozitif yük (ENPY):
Girişteki mutlak basınç ile pompalanan sıvının buharlaşma basıncı arasındaki farktır.
Sistemimize kavitasyonsuz çalışma bölgesinde çalışan bir pompa seçmek için “emmedeki net pozitif
yük, ENPY) değeri hesaplanır. Sıvının pompa emme flanşı kesitindeki hızı (vi) ihmal edildiğinde ENPY
formülü aşağıdaki halini alır.
1 mmHg : 133.322 Pa : 0,133 kPa
1 atmosfer basıncı : 760 mmHg
ENPKY = Emmedeki net pozitif kullanışlı yük (m)
pi = Pompa girişindeki mutlak basınç (Pa) …………….(3)
pv = Sıvının mutlak buharlaşma basıncı (Pa)
= Sıvının yoğunluğu (kg/m3)
Not: Pmutlak = Pgösterge + Patm
g
ppENPKY vi
g
p
g
v
g
pENPY vii
2
2
Pompaların tesisata bağlanma şekillerine göre durumlar:
a) Tek Pompa Durumunda Karakteristik Özellikler
Pompa karakteristik eğrileri, bir pompanın sabit devir
sayısında, su (15oC-20oC’de) basması halinde
Manometrik basma yüksekliği (H), Pompa mil gücü (P),
Pompa verimi (), Gerekli emmedeki net pozitif yük
(ENPYG) değerlerinin debiye (Q) bağlı olarak değişimini
gösteren eğrilerdir.
Q,H,P,ENPYG deneysel olarak ölçülür; ise bunlara
bağlı olarak hesaplanır.
Şekil 1. Tek pompa durumunda karakteristik özellikler.
b) 2 Pompa Seri Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler
Pompaların seri çalıştırılması, tesisattaki basıncın
yetersiz olduğu hallerde basıncını artırmak için
uygulanan bir yöntemdir. 2 veya daha çok pompanın aynı
boru hattında seri çalışması halinde pompaların ortak
H=f(Q) karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı
debideki manometrik yükseklikleri toplanır. Seri çalışan
pompaların “debileri eşittir”.
Şekil 2. İki pompa seri bağlı durumunda karakteristik özellikler.
c) 2 Pompa Paralel Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler
Aynı tesisatta 2 veya daha çok pompanın paralel
çalışması halinde pompaların ortak H=f(Q)
karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı
manometrik yükseklikteki debileri toplanır. Aynı boru
hattında parelel çalışan pompaların “manometrik
yükseklikleri eşittir”. Pompaların paralel çalıştırılması,
tesisata basılan debinin yetersiz olduğu ve kademeli ayar
istenen hallerde toplam debiyi artırmak için uygulanan
bir yöntemdir.
Şekil 3. İki pompa paralel bağlı durumunda karakteristik özellikler
Pompa sistemlerinde özgül akış enerjisi ve manometrik basma yüksekliği (H)
Bir akışkanı bulunduğu noktadan daha yükseğe çıkarabilmek veya boru sistemi içinde akışkanı
hareket ettirebilmek için kayıpları karşılayacak bir enerjiye ihtiyaç vardır. Pompalar dışarıdan aldıkları
enerjiyi akış enerjisine dönüştürerek akışkanın hareketini sağlar. Bir pompa sisteminin şeması aşağıdaki
gibidir.
Şekil 4. Bir pompa sisteminin şeması.
Bir pompa sisteminde; akışkanın sıkıştırılamaz olduğu, akışın sürekli ve sıcaklığın sabit olduğu kabul
edilir. Pompa için özgül akış enerjisi, pompa ve sistem kontrol hacimlerine enerjinin korunumu
denklemi uygulanarak bulunabilir.
Pompa kontrol hacmi için enerji denkleminden özgül akış enerjisi ve basma yüksekliği Hm aşağıdaki
gibi ifade edilir.
).(2
22
gç
gçgç
p zzgVVPP
a
……………………………………………. [J/Kg]
)(2.
)(
22
gç
ggçp
m zzg
VV
g
PPmSS
g
aH
ç
........................................................[mSS]
Sistem kontrol hacmi için enerji denklemi,
kboruıııIIIIII
m Hzzg
VV
g
PPH
)(
.2.
22
Hkb: Emme ve basma borularındaki toplam kayıp
II
Hgeo
Ç
I
G
Z2
Z1
Pompa kontrol hacmi
Pompalarda, güç, debi ve basınç farkı arasındaki ilişki
Bir pompanın akış gücü, basma yüksekliği ve debisi arasında bir ilişki vardır. Bu ilişki,
Pompanın giriş ve çıkışları arasında enerjinin korunumu denklemi yazılarak bulunabilir.
Birim debiye sahip akışkan için 1 ve 2 noktaları arasında enerji denklemi,
kp hgzgVP
hgzgVP
..2
..2
2
2
221
2
11
…………………………………….[J/Kg]
olarak yazılabilir. Pompa giriş ve çıkışında debi eşit ve m olarak kabul edilirse yukarıdaki denklem,
kp hgmzgmV
mP
mhgmzgmV
mP
m ....2
......2
.. 2
2
221
2
11
………………[W]
olarak yazılabilir. Giriş ve çıkışta hızlar ve konumlar eşit ( 2121 , zzVV ) olduğundan yukarıdaki
denklem,
kp hgmhgmPP
m ....)( 21
halini alır.
Pompalardaki kayıp enerji miktarı, pompanın verimi ile ifade edileceğinden dolayı yukarıdaki
denklemde kayıp enerji ihmal edilebilir. Yani, 0.. khgm alınabilir. Bu durumda denklem,
0..)( 21
phgmPPm
)()./()./()/()./( 223 mhsmgskgmmNPsmQ p
Bu denklemden görüldüğü gibi hacimsel debi (Q ) ile pompa giriş ve çıkışı arasındaki basınç
farkının çarpımı pompanın gücünü ( phgm ..
) verir.
WPQ. ……………………………………………………………….……..[W](4)
Pompanın sabit bir güçte çalışması durumunda hacimsel debi ile basınç farkının çarpımı sabit
olacaktır. Bu nedenle debinin arttırılması ile basınç farkı azalacak ve bunun sonucu olarak da pompanın
basma yüksekliği azalacaktır.
1 2
TESİSATIN TANITIMI
Şekil 5. Seri/Paralel santrifüj pompa eğitim seti şeması.
Tesisat; su tankı, borular, vanalar, basınç göstergeleri, akım ve gerilim göstergeleri, debimetre
ve 2 adet santrifüj pompadan oluşmaktadır. Vanalar yardımı ile (V-1,V-2,V-3) sistemdeki pompaların
seri/paralel veya tekil çalışması ayarlanabilmektedir. Ayrıca debi ayarı da (V-4) vanadan
ayarlanmaktadır.
Pompa motor gücü : 0,75 kW
Pompa basma yüksekliği(maks.) : 21 mSS
Pompa debisi (maks.) : 20-160 L/d
Hazne hacmi : 300x300x400 mm, 22.7 litre
Boru bağlantı çapı : 32 mm – 40mm
Debimetre Ölçüm Aralığı : 1,6-16 m3/h
Pompa devir sayısı : 2900 devir/dakika
DENEYLER
Aşağıdaki maddelerde bulunan deney hesapları için gereken verileri elde etmek için tabloyu
talimatları izleyerek doldurun.
I. Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun.
II. 1 ve 2 nolu vanalar tam kapalı, 3 ve 4 no’lu vanaları tam açık konuma getirin.
III. 2. Ana şalteri açarak, 1 no’lu düğme yardımıyla 1. pompayı çalıştırın.
IV. Debiyi 10 m3/h ten itibaren her defasında 2 m3/h düşürerek ilgili değerleri her debi için
göstergelerden okuyun ve aşağıdaki tabloya kaydedin.
V. 1. ve 2. basınç göstergelerinden basma yüksekliği değerlerini okuyun ve kaydedin.
VI. Göstergelerden motor akımı ve voltajını okuyun ve kaydedin.
VII. Vakum göstergesinden vakum değerini mmHg olarak tabloya kaydedin.
VIII. Su akışı tamamen kesildiğinde pompanın basma yüksekliği maksimum olacaktır.
IX. Deney verileri ile tabloyu doldurun, deneyi 2. Pompa için tekrarlayın.
Debi (m3/h) 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P1(mSS)
P2 (mSS) 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Akım (I)
Gerilim (V)
Cos@
Vakum (mmHg)
Vakum (kPa)
Vakum Mutlak (kPa)
Vakum (mSS)
P2-Vakum (mSS)
Sıcaklık (oC)
Pbuh(Tablo)@T oC
Yoğunluk Kg/m3 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
Yer Çekimi İvmesi 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81
Wakış
Wmil
Verim ( )
ENPKY
Özgül Hız Nq
Tablo 1. Hesaplamalarda kullanılmak üzere elde edilen deney verileri Pompa 1.
Debi (m3/h) 2 3 4 5 6 7 8 9 10
P1(mSS) 0 0 0 0 0 0 0 0 0
P2 (mSS)
Akım (I)
Gerilim (V)
Cos@
Vakum (mmHg)
Vakum (kPa)
Vakum Mutlak (kPa)
Vakum (mSS)
P2-Vakum (mSS)
Sıcaklık (oC)
Pbuh(Tablo)@T oC
Yoğunluk Kg/m3 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
Yer Çekimi İvmesi 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81
Wakış
Wmil
Verim ( )
ENPKY
Özgül Hız Nq
Tablo 1. Hesaplamalarda kullanılmak üzere elde edilen deney verileri Pompa 2.
1) Pompa basma yüksekliği-debi ilişkisi (karakteristik eğri)
Bir pompanın H manometrik yüksekliği “basılan sıvının pompa giriş ve çıkış kesitleri (flanşlar)
arasında birim ağırlık başına kazandığı net (faydalı) enerji” olarak tanımlanır. Birimi uzunluk boyutunda
olup “metre” dir fakat özel olarak tanımlanan “Enerji” olduğu unutulmamalıdır.
*Tablo 1. deki verileri kullanarak Excel programında aşağıdaki formatta bir Debi-Basma
yüksekliği grafiği elde ediniz. (Debi aralığı 1-11 m3/s, Basma yüksekliği aralığı 0-24 mSS olsun)
2) Pompa veriminin bulunması
Pompa verimi, hidrolik gücün pompa mil gücüne oranı olarak açıklanır. Pompalar farklı çalışma
şartlarında farklı verimlerde çalışırlar. Bu verim bölgeleri karakteristik eğri üzerinde adacıklar halinde
gösterilir. Pompa seçiminde maksimum verim eğrilerinin sağ tarafından seçim yapılması önemlidir.
Çünkü sistem kirlendikçe basınç kayıpları artacağından çalışma noktası sola kayar ve daha yüksek
verimle çalışmış olur.
*Tablo 1. deki veriler yardımı ile tablodaki verim ( ) satırını teorik bilgiler kısmında verilen 1
numaralı formülü kullanarak her debi için hesaplayın, bu verim değerlerini Tablo 1’e aktarın, Excel
programı kullanarak Debi-Verim grafiği çizdirin. (Debi aralığı 1-11 m3/s, Verim aralığı 0-45% olsun)
3) Pompa özgül hızının bulunması
Pompa özgül hızı, farklı pompaları benzerlik bağıntılarına göre karşılaştırma imkânı verir; aynı
zamanda çark tipinin bir fonksiyonudur. Pompa çark tipleri maksimum verimdeki özgül hızlarına göre
sınıflandırılır. Pompa özgül hızının deneysel olarak bulunması bu bilgilerin pekiştirilmesini
sağlayacaktır.
*Tablo 1. deki veriler yardımı ile deneyde ölçülen her debi için 2. formülü kullanarak pompa
özgül hızını hesaplayın, verimin en üst seviyede olduğu noktadaki özgül hızın santrifüj pompa tipi
aralığında olup olmadığını kontrol edin.
4) Pompa ENPKY değerinin bulunması
Pompa girişindeki basınç negatif olduğunda veya pompalanan sıvı sıcaklığı yükseldiğinde
kovuklaşmadan (kavitasyondan) korunmak için emmedeki net pozitif kullanışlı yükün, ENPY’den daha
büyük olduğu kontrol edilmelidir.
*Tablo 1. deki veriler yardımı ile ENPKY hesabınızı yapınız, Tablo 1’e bu sonuçları kaydediniz.
1 mmHg=13,6/1000 mSS 1 mmHg=0,133 kPa Patm=101,3 kPa
Buh. sıcaklığı,
Tb [C]
Buh. basınç
Pb [kPa]
Buh.sıcaklığı,
Tb [C]
Buh. basınç
Pb [kPa]
Buh. sıcaklığı,
Tb [C]
Buh. basınç
Pb [kPa]
16 1,816 22 2,642 28 3,778
18 2,062 24 2,982 30 4,241
20 2,336 26 3,359 32 4,753
Tablo 2. Sıcaklığa bağlı suyun buharlaşma basınçlarını gösterir tablo (Geniş aralık için Tablo 3.)
5) Seri pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi
Pompaların seri çalıştırılması, tesisattaki basıncın yetersiz olduğu hallerde basıncını artırmak
için uygulanan bir yöntemdir. 2 veya daha çok pompanın aynı boru hattında seri çalışması halinde
pompaların ortak H=f(Q) karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı debideki manometrik
yükseklikleri toplanır. Seri çalışan pompaların “debileri eşittir”.
1) Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun.
2) 1 ve 3 nolu vanalar tam kapalı, 2 ve 4 no’lu vanaları tam açık konuma getirin.
3) Ana şalteri açarak, her iki pompayı da çalıştırın.
4) 4 no’lu vanayı 10 mSS basma yüksekliğinden başlayarak 5’şer mSS arttırarak 40
mSS’na kadar kademeli olarak kısın ve her kademedeki basma ve debi değerlerini
aşağıdaki tabloya kaydedin.
Ölçülen özellik/ölçüm sayısı 1 2 3 4 5 6 7
Basma yüksekliği [mSS] 10 15 20 25 30 35 40
Debi [m3/h]
6) Paralel pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi
Aynı tesisatta 2 veya daha çok pompanın paralel çalışması halinde pompaların ortak H=f(Q)
karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı manometrik yükseklikteki debileri toplanır. Aynı boru
hattında parelel çalışan pompaların “manometrik yükseklikleri eşittir”. Pompaların paralel çalıştırılması,
tesisata basılan debinin yetersiz olduğu ve kademeli ayar istenen hallerde toplam debiyi artırmak için
uygulanan bir yöntemdir.
1) Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun.
2) 2 no’lu vanayı kapatıp diğerlerini açın.
3) Ana şalteri açarak, her iki pompayı da çalıştırın.
4) 4 no’lu vanayı 10 mSS basma yüksekliğinden itibaren 2’şer mSS arttırarak 22 mSS’na
kadar kademeli olarak kısın ve her kademedeki basma ve debi değerlerini tabloya
kaydedin.
5) Tablo değerlerini aşağıdaki grafiğe benzer formatta Excel programında oluşturulmuş
bir grafiğe aktarıp üzerinde seri bağlı pompa karakteristik eğrisini, paralel bağlı pompa
karakteristik eğrisini, 1. Pompa karakteristik eğrisini ve 2. Pompa karakteristik eğrisini
çizdirin.
Ölçülen özellik/ölçüm sayısı 1 2 3 4 5 6 7
Basma yüksekliği [mSS] 10 12 14 16 18 20 22
Debi [m3/h]
EK
Buh. sıcaklığı,
Tb [C]
Buh. basınç
Pb [kPa]
Buh.sıcaklığı,
Tb [C]
Buh. basınç
Pb [kPa]
Buh. sıcaklığı,
Tb [C]
Buh. basınç
Pb [kPa]
0 0,611 24 2,982 48 11,164
2 0,706 26 3,359 50 12,338
4 0,813 28 3,778 52 13,616
6 0,935 30 4,241 54 15,005
8 1,072 32 4,753 55 15,745
10 1,227 34 5,318 60 19,925
12 1,401 36 5,940 65 25,016
14 1,597 38 6,624 70 31,170
16 1,816 40 7,375 75 38,558
18 2,062 42 8,199 80 47,369
20 2,336 44 9,101 85 57,812
22 2,642 46 10,087 90 70,116
Tablo 3. Suyun farklı basınçlarda buharlaşma sıcaklığı
Debi
[m3/h]
Bas
ma
yü
kse
kli
ği
[mS
S]
0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.
0
12.
0
10
20
30
40
50
60
0
14.
0