Santrifüj Pompa Nedir ve Nasıl Çalışır?

Endüstriyel dünyanın en önemli icatlarından biri olan santrifüj pompalar, sıvıları taşımak ve transfer etmek için kullanılan temel mühendislik cihazlarıdır. Bu pompalar, sıvıyı merkezkaç kuvvetiyle hareket ettirerek çeşitli endüstriyel süreçlerde geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Temel işlevi, sıvıyı bir noktadan diğerine aktarmak olsa da, son derece karmaşık ve hassas tasarımlarıyla birçok farklı sektörde hayati bir rol oynamaktadır. Bu makalede, santrifüj pompaların çalışma prensiplerini, santrifüj pompa çeşitlerini, kullanım alanlarını, bileşenlerini ve endüstrideki önemini inceleyeceğiz. Ayrıca santrifüj pompaların avantaj ve dezavantajları ile kavitasyon hakkında bilgi vereceğiz.

Santrifüj Pompa Çalışma Prensibi

Santrifüj pompa, hidrolik olarak çalışan ve motordan aldığı dönme enerjisini akışkanlara aktaran makinedir. Esas amaçları, akışkanların basıncını yükselterek aktarmaktır. Farklı yapılara sahip olsalar da çalışma prensipleri ve akışkan dinamiği karakteristikleri her zaman aynıdır.

Esasen santrifüj pompalar, mahfaza içinde dönen bir çarktan oluşur. Bu çark, kinetik enerjiyi pompalanan sıvıya ileten, tercihen radyal tasarımlı bir dizi kanat içerir. Gövde üzerinde akışkan için emme ve boşaltma nozulları yer alır. Emme nozulu çarkın dönme ekseniyle örtüşen bir eksendeyken boşaltma nozulu ekseniyse bu ikisine dik bir konuma sahiptir.

Pompalanan sıvı, çarkın ortasındaki pompanın emme ağzından sürekli olarak giriş yapar. Buradan çarkın en uç noktasına kadar radyal yönde hızlanır ve ardından mahfaza içine boşalır. Akışkan hızı, çark kanatlarının eğimli olması sayesinde aldığı itme kuvvetiyle artar. Bu şekilde sıvı, ortalama hızını arttırırken aynı zamanda enerji kazanır. Gövde içinde, hareket yönünde kademeli olarak genişleyen bölüm sayesinde sıvının hızı kontrollü olarak azalır. Bunun gibi bir kesit artışı genellikle mahfazanın çevresel parçasının enine kesitli bir spiral şeklinde tasarlanmasıyla sağlanır. Bu şekilde akışkanın sahip olduğu kinetik enerji basınç enerjisine dönüşür.

Mahfaza emme ağzının karşısındaki kısımdan kapak ile kapalıdır. Ayrıca kapağın mil geçişinin bulunduğu orta kısmında salmastranın muhafaza edildiği bir odacık bulunur. Yüksek basınç bölgesi (gövdenin içinde) ve düşük basınç bölgesi (emme nozulu) arasındaki sızdırmazlık, çark ve gövde arasındaki düşük mesafeli boşluk sayesinde sağlanır. Çark ve mil, özel bir destek içinde mahfazanın dışında bulunan iki yatakla desteklenir.

Santrifüj Pompa Bileşenleri Nelerdir?

1. Çark

Çarklar, santrifüj pompaların dönen parçalarıdır. Bir elektrik motoruna bağlı şaft üzerinde yer alırlar. Elektrik motorunun hareketi şaft üzerinden çarkı döndürür. Bu sayede çarklar da üzerlerinde yer alan geriye doğru eğik kanatlar vasıtasıyla sıvılara hareketi aktarır. Çeşitli uygulamalar ve pompalanan sıvıların özellikleri için farklı şekil ve boyutları mevcuttur. Çarklar, sıvının kimyasal özelliklerine bağlı olarak çeşitli malzemelerden oluşabilir. Tüm çarklar, pompalara monte edilmeden önce dinamik olarak dengelenmelidir.

Çark Çeşitleri

1.1. Açık Çark

Açık çarklar merkeze, aynı zamanda pompa miline bağlı kanatçıklara sahiptir. Yarı açık ve kapalı çarklardaki gibi kanatçıkların önünde ve arkasında herhangi bir destek tabakası yoktur. Bu nedenle diğer tiplere göre kanat arızalarına daha duyarlıdır.

Açık çarkların avantajlarından biri, ortamdaki askıda katı maddeleri diğer çark tiplerine kıyasla nispeten daha kolay taşımasıdır. Ayrıca kanatçıkların ön-arkalarının kapalı olmaması sebebiyle bakım onarım esnasında tamiri ve temizlenmeleri daha kolaydır. Askıda katı madde, suda ve lağım suyunda bulunan yaklaşık 1 mikron büyüklüğünde veya kum tanesinden daha küçük katıları ifade etmek için kullanılan terimdir.

1.2. Yarı Açık Çark

Yarı açık çarklarda kanatçıkların arkasında ekstra bir tabaka vardır. Bu çarkın yarı perdeli şekilde hareket etmesini sağlarken kanatçıkların mukavemetini de artırır. Bu tip çarklar orta verimliliğe sahiptir ve çoğu ortalama büyüklükteki santrifüj pompada kullanılır. Askıda katı maddeler konusunda açık çarklar kadar iyi olmasalar da kapalı çarklardan daha iyi konumdalar.

Yarı açık çark ve pompa gövdesi arasındaki boşluğun, sıvının kanatların devridaim başlangıcına geri dönmesine yetecek kadar büyük olduğu gibi bazı tasarım çelişkileri de vardır. Bu sorun yarı açık çarkları bazı uygulamalar için verimsiz hale getirir.

1.3. Kapalı Çark

Bu tip çarklarda kanatçıkların her iki tarafında tabaka vardır. Dolayısıyla açık ve yarı açık çarkların ikisinden de daha mukavemetlidir. Ancak bu tasarım tıkanmaya son derece meyillidir. Hafif bulamaçlı ya da katı partikülü yüksek sıvıları pompalama kabiliyeti olsa da çarktaki aşınma hızı çok yüksek olacaktır. Bu yüzden genellikle atık su gibi katı partikülü yüksek yerlerde tercih edilmemesi doğru olacaktır.

1.4. Vorteks Tipi Çark

Şekil olarak yarı açık çarka çok benzemekle birlikte, bazı tasarımsal farklılıklara ve avantajlara sahiptir. Daha önce bahsettiğimiz çarklar, kanatlar ve tabakaları arasında bir kanal geliştirmiştir. Vorteks çarklarında, çarkın kendisi ile gövde arasında, bu kanallardan daha büyük hacimde boşluklar vardır. Tasarımındaki bu özelliğinden dolayı atık su ve benzeri uygulamalarda kullanılır. Ancak verimliliği yarı açık ve kapalı çarklardan daha düşüktür.

1.5. Vida Tipi Çark

Katı partikülleri konusunda vidalı çarklar, vorteks çarklardan bir adım öndedir. Tasarımı, dönerken katıların üstesinden gelen aşamalı bir kanal şeklindedir. Ayrıca düşük kesme oranına sahiptir. Yüksek verimliliği, tıkanma önleyici özellikleri ve düşük kesme özelliği, onu özel uygulamalar için ideal hale getirir. Anatomisi gereği uçtan emişli pompalarda vidalı çarklar kullanılmaktadır.

2. Mahfaza (Gövde)

Mahfaza, çarkı çevreleyen hava geçirmez bir geçittir. Tasarımı, çarkın çıkışından gelen suyun kinetik enerjisini, gövdeden ayrılmadan önce basınçlandıracak şekilde yapılmıştır. Santrifüj pompalarda 2 çeşit gövde vardır.

2.1. Salyangoz (Volüt) Gövde

Bu tip pompalarda çarkın çevresinde genişleyen tek bir spiral kanal vardır. Bu da akışkanın hızının azalarak basıncının artmasını sağlar.

2.2. Difüzör Gövde

Çark birkaç kılavuz kanatla çevrilidir. Bu kanatlar, difüzör adı verilen bir halka üzerinde bulunur. Difüzör tipi tasarım, çarktan çıkan suyun darbesiz olarak kılavuz kanatlara girmesine izin verir. Kanatlardan akan suyun alanı artar, dolayısıyla sıvı hızı azalır ve basıncı artar. Kılavuz kanatlardan sonra su, çark ile eş eksenli olan gövde üzerinden geçerek hareketine devam eder.

3. Şaft (Mil)

Bir santrifüj pompadaki şarf rotorun merkezindeki parçadır. Üzerinde çark, şaft kovanı, rulman gibi parçalar yer alır. Motordan aldığı mekanik enerjiyi çark vasıtasıyla akışkana aktarır.

4. Şaft Kovanı

Bir santrifüj pompanın şaft kovanı, şaft tertibatının üzerine monte edilen ve onu aşındırıcı ortamlardan koruyan içi boş metal silindirik bir borudur. Genellikle tek kademeli pompalarda bulunur.

5. Rulmanlar

Rulmanların işlevi, radyal ve eksenel yüklerin etkisi altında şaftı veya rotoru sabit parçalarla doğru hizada tutmaktır. Rotora radyal konum sağlayan yataklara hat yatakları, rotoru eksenel bir konuma yerleştirenlere de baskı yatakları denir. Çoğu zaman, baskı yatakları aslında hem baskı hem de radyal yatak görevi görür.

Santrifüj Pompa Çeşitleri

Santrifüj pompalar, yapım, tasarım, uygulama, servis ve endüstriyel standartlar gibi birçok faktöre göre sınıflandırılır. Bu nedenle bir santrifüj pompa aynı anda farklı gruplarda yer alabilir.

1. Çarkların Tasarımına Göre

a) Açık Çarklı Pompalar
b) Yarı Açık Çarklı Pompalar
c) Kapalı Çarklı Pompalar

2. Suyun Pompa İçerisindeki Hareketine Göre

a) Radyal Akışlı Pompalar : Radyal pompalarda pompaya su aksiyal yönde girer ve radyal yönde çarkı terk eder.
b) Aksiyal Akışlı Pompalar : Aksiyal pompalarda su çarka aksiyal (eksenel) yönde girer, aksiyal yönde çarktan çıkar.
c) Karışık Akışlı Pompalar : Karışık akışlı pompalarda su çarka aksiyal yönde girer, aksiyal ve radyal doğrultular arasında çarktan çıkar.

3. Gövde Yapısına Göre

a) Salyangoz (Volüt) Gövdeli Pompalar : Bu tip pompalarda çarkın çevresinde genişleyen tek bir kanal vardır.
b) Difizör Gövdeli Pompalar : Bu tip pompalarda çarkın çevresinde birden fazla kanal vardır.

4. Suyun Çarka Girişine Göre

a) Tek Girişli Pompalar : Su pompaya tek taraftan girer.
b) Çift girişli Pompalar : Çift girişli pompalarda su çarkın her iki yanından aksiyal yönde girer ve çarktan radyal veya karışık akışlı yönden çıkar.

5. Pompa Miline Göre

a) Yatay Milli (eksenli) Pompalar
b) Düşey Milli (eksenli) Pompalar
c) Eğik Milli Pompalar

Santrifüj Pompa Çalışma Parametreleri

Çeşitli uygulamalardaki kullanıma bağlı olarak, farklı kapasite ve boyutlara sahip pompalar mevcuttur. Dolayısıyla pompa seçimi yaparken ihtiyacınız olan basınç ve hacmi (debiyi) göz önünde bulundurmalısınız. Bir diğer önemli husus ise gereken beygir gücüdür. Santrifüj pompanın performansını etkileyen önemli parametreler, pompa seçiminde dikkate alınmalıdır.

Akışkan Viskozitesi

Bu özellik, akışkana enerji uygulandığındaki kesme direncini ifade eder. Genel olarak bir santrifüj pompa, düşük viskoziteli sıvılar için uygundur.

Akışkan Yoğunluğu

Bir sıvı yoğunluğu, birim hacim başına sıvının kütlesi olarak tanımlanır. Bir sıvıyı pompalamak için gereken giriş gücünü doğrudan etkiler. Su dışında bir akışkanla çalışılıyorsa, bağıl yoğunluğun dikkate alınması gerekir. Bağıl yoğunluk, söz konusu sıvı yoğunluğunun su yoğunluğuna (sıvılar için) oranıdır.

Çalışma Sıcaklığı ve Basıncı

Sıcaklık ve basınç gibi pompalama koşulları dikkate alınması gereken temel noktalardan biridir. Örneğin, yüksek sıcaklıkta sıvı pompalama, özel contalara, keçelere ve montaj cihazlarına ihtiyaç duyulabilir. Benzer şekilde, yüksek basınç koşulları için uygun basınca dayanıklı muhafaza gerekir.

Net Pozitif Emme Yüksekliği (NPSH)

Net pozitif emme yüksekliği, basıncın kavitasyonu önleyecek kadar yüksek olup olmadığını anlamanıza yardımcı olmak için bir pompanın emme tarafındaki basıncı belirten bir terimdir. Kavitasyon, pompa çarkı çevresinde nispeten düşük basınçlı bölgelerde bir sıvıda kabarcıkların veya boşlukların meydana geldiği bir olaydır. Bu durum çarkta ciddi hasara neden olur. Mevcut net pozitif emiş yüksekliğinin, uygun güvenlik payı ile birlikte gereken net pozitif emiş yüksekliğinden daha büyük olduğundan emin olunmalıdır.

Pompalarda Sıkça Rastlanan Kavitasyon Nedir?

Bir pompadaki sıvının buhara dönüşmesiyle kavitasyon meydana gelir. Örneğin, bir miktar suyu buharlaştırmak istediğimizi varsayalım. Buharlaşmayı gerçekleştirmek için su moleküllerinin kendi üzerlerindeki atmosfer basıncını yenmeleri gerekir. Bunu iki şekilde yapabiliriz. İlki, su moleküllerinin atmosfer basıncını yenmesi için onları ısıtarak enerji veririz. Böylelikle suyu normal şartlar altında 100 °C’de kaynatırız. İkincisi, üzerlerindeki basıncı azaltarak suyun mevcut sıcaklığında, örneğin 25 °C’de kaynamasını sağlarız.

Bildiğiniz gibi pompalar giriş ve çıkışları arasında basınç farkı oluşturarak akışkanların hareketini sağlar. Eğer bir pompayı yüksek basınç için çok yüksek hızlarda çalıştırırsak bu esnada pompa girişinde de çok düşük basınçlar oluşur. Pompanın emiş tarafındaki basınç düşük kaldığından dolayı da akışkan düşük sıcaklıklarda dahi buharlaşır. Böylelikle alçak basınçta hava kabarcıkları oluşur ve kavitasyon meydana gelir.

Sıvı emiş tarafından geçerken çarkın iletim tarafına doğru kabarcıklar patlar. Bu, pompadaki çarka çarpan bir şok dalgası yaratır. Akabinde pompa titreşimi ve mekanik hasar meydana gelir. Bunlar da muhtemelen bir aşamadan sonra pompanın tamamen arızalanmasına neden olur. Dolayısıyla kavitasyonun pompa operasyonu ve kullanım ömrü üzerinde ciddi olumsuz etkileri vardır.

Santrifüj Pompaların Avantajları

1. Akışkan kapalı bir hazne içerisinde olduğundan sızıntı olmadan çalışır.
2. Basit yapıları sebebiyle valf ve çok fazla hareketli parça olmadan çalışır.
3. Yüksek hızlarda çok düşük bakım maliyetleri gerektirir.
4. Benzer kapasitedeki pompalara göre daha az yer kaplar.
5. Tehlikeli sıvılarda sızıntı tehlikesi olmadığından tercih edilir.
6. Sürtünme kaybı düşüktür.
7. Fazla gürültü üretmezler.
8. Yüksek verimliliğe sahiplerdir.
9. Diğer pompa çeşitlerine göre minimum aşınmaya sahiplerdir.
10. Pompa gövdesi ile motor arasında boşluk olduğu için aralarında ısı transferi olmaz.
11. Santrifüj pompa, motora zarar verme riskini ortadan kaldıran yüksek yükte kırılan manyetik kapline sahiptir.

Santrifüj Pompaların Dezavantajları

1. Yüksek vizkoziteye sahip akışkanlarda tercih edilmez.
2. Akışkan içerisinde metal partiküller varsa manyetik tahrik sebebiyle çarkta toplanarak pompanın tıkanmasına neden olur.
3. Kavitasyon ihtimali vardır.
4. Ani yükler kaplin kaymasına neden olabilir.
5. Emme basıncı yoktur. Bu yüzden ilk kurulumda ya da bakım onarım sonrası kurulumda mutlaka su ile doldurulmalıdır.

İlginizi çekebilecek içerik: Hidroelektrik Santral Türbinleri Nelerdir ve Nasıl Sınıflandırılır?