Bilgiseller / Gemi makineleri ve enerji
Santrifüj pompalarda ilk doldurma: gaz cepleri, hava tahliyesi ve emişin kurulması
İlk doldurmayı sıvıyla dolu pompanın NPSH kontrolünden ayırın; kendinden emişli düzenin sıvı rezervini ve emiş hattı hava hacmi ile kaçakların tahliye ihtiyacına etkisini hesaplayın.
Bu sayfada
Motor doğru devirde dönerken santrifüj pompa neredeyse hiç sıvı vermeyebilir. Olası nedenlerden biri, çark ve emiş yolunda sürekli sıvı beslemesi yerine gaz bulunmasıdır. Bu beslemenin kurulması ilk doldurma problemidir. Normal sıvı pompası eğrisi veya NPSH hesabının amaçlanan çalışma durumunu temsil edebilmesi için önce bu problem çözülmelidir.
Havayla dolu gövde farklı bir hidrolik haldir
Çark, kanalları hangi akışkan dolduruyorsa ona enerji aktarır. Gazın yoğunluğu suya göre çok düşük olduğundan benzer özgül enerji artışı çok daha küçük basınç artışına karşılık gelir. Basınç düştükçe gaz ayrıca genleşir. Sıradan santrifüj pompanın içinde dönen hava bu nedenle uzaktaki sıvı kolonunu gövdeye kaldıracak basınç farkını genellikle oluşturamaz.
KSB, sıradan santrifüj pompaları kendinden emiş kademesi veya ayırma haznesi olan düzenlerden ayırır. Ayrım, emiş kurulurken gazı işleyebilme yeteneğidir. Kendinden emişli her pompanın bütün iç hacimleri tamamen kuruyken başlayabileceği veya sınırsız süre yalnız gazla çalışabileceği anlamına gelmez.
Havanın hangi yoldan çıkacağını belirleyin
Yükseltilmiş emiş hattı başlangıçta önemli miktarda hava içerebilir. Yerel yüksek noktalar, uygun olmayan redüksiyon yönü veya havası tamamen alınmamış gövde, başka bir yere sıvı ulaşsa bile gaz cebi tutabilir. Uygun ilk doldurma düzeninde hem sıvının ilerleyeceği hem yer değiştiren gazın çıkacağı yol gerekir. Kapalı gaz çıkışı, çalışan bir tahliye cihazını etkisiz bırakabilir.
Harici vakum cihazı, tasarlanmış ejektör, pozitif emiş yüksekliğiyle yerçekimli doldurma ve iç kendinden emiş devresi farklı çözümlerdir. Vana konumları ve başlatma sırası ekipmana bağlıdır. Genel soru yalnızca motorun çalışıp çalışmadığı değil, sürekli sıvı akışını engelleyen bütün hacimlerden havanın uzaklaştırılıp uzaklaştırılmadığıdır.
Sıvı rezervi kendinden emiş çevrimini mümkün kılar
Ayırma hazneli tasarımda tutulan sıvı gelen havayla karışır; çark karışımı ayırma bölgesine taşır, gaz çıkar ve sıvı işlemi tekrarlamak üzere geri döner. Gaz uzaklaştıkça kaynak basıncı sıvıyı emiş hattında ilerletir. İlk doldurma tamamlanınca pompa ağırlıklı olarak sıvı taşıyan normal çalışmasına geçer. Diğer kendinden emişli tasarımlar farklı iç mekanizmalar kullanabilir.
KSB’nin ilk doldurma açıklaması, kendinden emiş cihazının da başlatmadan önce sıvıyla doldurulması gerektiğini belirtir. Kaçak, boşalma veya uygun olmayan düzen yüzünden rezervin kaybolması, yeniden emişi kuracak mekanizmayı ortadan kaldırabilir. “Kendinden emişli” belirli koşullarda tasarlanmış bir yetenektir; başlangıç sıvı dolumundan veya üretici sınırlarından muafiyet değildir.
Sayısal örnek: başlangıçtaki gaz miktarını bulun
İç çapı 0,100 m, uzunluğu 12 m olan kuru emiş borusu varsayılsın. Gaz içeren gövde ve bağlantıların ek hacmi 0,008 m³ olsun. Başlangıç havası 100 kPa mutlak basınç ve 20°C referansında, ideal gaz kabul edilir. Boru hacmi π × 0,100² × 12 / 4 = 0,094248 m³; toplam ilk gaz hacmi 0,102248 m³, yani 102,248 referans litredir.
Tahliye cihazının aynı referansa çevrilmiş serbest hava olarak 0,002 m³/s uzaklaştırdığı varsayılsın. Bu, düşük basınçlı girişteki gerçek hacimsel debi değil, sabit kabul edilen varsayımsal kütle eşdeğeri kapasitedir. Başlangıç gazının tamamı çıkarılacak ve yeni gaz girmeyecekse envanter süresi 0,102248/0,002 = 51,12 s olur. Bu basitleştirilmiş gaz uzaklaştırma tahminidir; pompanın ne zaman hazır olacağının tam hesabı değildir.
Küçük hava kaçağı yararlı tahliye kapasitesini tüketir
Şimdi tahliye boyunca aynı basınç/sıcaklık referansında 0,0004 m³/s hava girişi varsayılsın. Net uzaklaştırma 0,002 − 0,0004 = 0,0016 m³/s olur. Envanter süresi 0,102248/0,0016 = 63,90 s değerine çıkar; kaçaksız durumdan %25 uzundur. İşletme basıncındaki hava girişi kullanılabilir tahliye kapasitesine eşitse bu basit model sonlu bir temizlenme süresi vermez.
Ortak referans önemlidir. Gerçek emiş hacim debisinden atmosfer referanslı kaçak debisini çıkarmak farklı gaz yoğunluklarını karıştırır. Gerçekte tahliye kapasitesi ve kaçak basınçla değişir; çözünmüş gaz çıkışı ve buhar ek yük getirebilir. Zamana bağlı model, sıvı ilerlerken gaz hacmi ve basıncını izleyip net kütle uzaklaştırmasını bütünleştirir. Buradaki iki süre ön değerlendirmedir; zaman aşımı ayarı değildir.
Statik kaldırma, süreyi değil basınç ihtiyacını belirler
Ayrı bir hidrostatik örnekte sıvı yüzeyi pompanın 3,0 m altında, kaynak basıncı 100 kPa mutlak ve su yoğunluğu 998 kg/m³ olsun. İvme ve sürtünme ihmal edilsin. Gereken basınç farkı ρgz = 998 × 9,81 × 3 = 29,371 kPa olur; statik ve sürekli sıvı kolonunun üstünde yaklaşık 70,629 kPa mutlak basınç kalır.
Bu sonuç, seçilen cihazın gaz yükünü taşırken o basıncı koruyabildiğini veya gerçek sıvı kolonunun 51,12 saniyede ulaşacağını kanıtlamaz. Doldurmada atalet, değişen geometri ve kayıplar önemlidir. Sıvı akışı kurulduktan sonra mevcut NPSH; gerçek debi, sıvı buhar basıncı ve hat kayıplarıyla değerlendirilir. Başarılı ilk doldurma ile yeterli çalışma NPSH’si ayrı gerekliliklerdir.
Görünür sıvı kaçağı olmadan hava girebilir
Emiş tarafı atmosfer basıncının altındayken kusurlu bağlantı dışarı su kaçırmak yerine içeri hava çekebilir. Xylem, emiş hattının hava sızdırmazlığını ve montaj sorunlarını ilk doldurma başarısızlığı nedenleri arasında sayar. Girişin ara sıra sıvı dışına çıkması veya girdap çekmesi de bütün bağlantılar sızdırmaz olsa bile gaz ekleyebilir. Gaz kaynağının yeri ve oluştuğu koşul önemlidir.
Duruştan sonra doluluğun kaybolması, başlangıçta kuru hattın hiç temizlenememesinden farklı zaman geçmişine sahiptir. Rezervin tutulması, kaynak seviyesi, gaz çıkışı, tahliye cihazı performansı ve kaçak bulguları karşılaştırılır. Tek başına vakum göstergesi belirsizdir: bir hacim boşaltılırken başka gaz cebi yalıtılmış kalabilir. Zayıf vakum ise ana çark arızası yerine fazla hava girişinden kaynaklanabilir.
Geçiş doğrulanırken pompayı koruyun
Grundfos, kuru çalışmanın yataklara ve şaft sızdırmazlık elemanlarına zarar verebileceğini belirtir. İzin verilen ilk doldurma süresi modele, sıvı sıcaklığına, salmastra düzenine ve sıvı rezervine bağlıdır. İlk doldurmayı başaramayan pompayı tekrar tekrar başlatmak nedeni çözmeden ısı biriktirebilir. Bu örneğin envanter hesabından izin verilen kuru çalışma süresi çıkarılmamalıdır.
Sıvı çalışmasına geçiş, kurulumun onaylanmış göstergeleriyle doğrulanır: gerçek teslim debisi, uygun ve kararlı basınçlar, varsa sıvı varlığı/seviye sinyalleri ve ilk doldurma cihazının doğru ayrılması. Tek hava alma noktasından kısa süre sıvı çıkması bütün önemli gaz ceplerinin temizlendiğini kanıtlamaz. Sıcak, basınçlı veya tehlikeli sıvıda genel bir çizime göre hava alma noktası açmak yerine ekipmana özgü prosedür izlenir.
Hazır olma kanıtını normal çalışma hesabından ayırın
İlk doldurma değerlendirmesi başlangıç doluluğunu, emiş geometrisi ve hacmini, kaynak seviye/basıncını, tutulan sıvıyı, gaz tahliye yolunu, kapasite referansını ve kaçak varsayımını kaydeder. Ardından zamana bağlı geçiş ile pompanın izin verilen başlatma sınırları kontrol edilir. Geleneksel çalışma hesabı ancak sıvı sürekliliği kurulduktan sonra temsil edici kabul edilmelidir.
Temel dengeler basit fakat ayrıdır: gaz, girişinden daha hızlı uzaklaştırılmalı; ilk doldurma düzeni gereken basınç farkını oluşturmalı; sıvıyla dolu pompa daha sonra kendi hidrolik ve termal sınırlarında çalışmalıdır. İyi bir NPSH sayısı, çarkın hâlâ gazla dolu olmasını telafi etmez.