Santrifüj Pompa Çarkında Oluşan Kavitasyonun Analizi

1. Kavitasyonun Doğası
Kavitasyon, fizikokimyasal yıkımın birleşimi olan ve üç aşamada gerçekleşen bir süreçtir:

Yerel Buharlaşma: Pervane girişinde veya düşük basınç bölgesinde yerel basınç, sıvının çalışma sıcaklığındaki doymuş buhar basıncının altına düştüğünde, sıvı kaynar ve çok sayıda buhar kabarcığı (boşluk) oluşturur.

Kabarcık Çökmesi ve Hasarı: Bu kabarcıklar, akışla birlikte pervanenin yüksek basınç bölgesine taşınır ve burada çevredeki basınç aniden yükselerek neredeyse anında içe doğru çökerler. Bu çökme, mikrosaniyeler içinde ve mikron ölçekli alanlarda etkili olan, yerel basıncı yüzlerce megapaskala ulaşan yoğun şok dalgaları ve mikrojetler oluşturur.

Malzeme Yorgunluğu ve Erozyonu: Bu şok dalgaları, pervane metal yüzeyine saniyede binlerce kez çarparak mekanik ve korozyon yorgunluğuna neden olur. Bu durum, metal tanelerinin kademeli olarak yerinden oynamasına ve yüzeyde çukurlaşmış, petek benzeri veya süngerimsi erozyona yol açar.

2. Pompalarda Kavitasyonun Oluşturduğu Özel Tehlikeler

Performans Düşüşü: Buhar kabarcıkları akış kanallarını tıkar, sıvı sürekliliğini bozar ve pompa akış hızında, basma yüksekliğinde ve verimliliğinde önemli bir düşüşe neden olarak performans eğrisinde genellikle bir kırılma yaratır.

Titreşim ve Gürültü: Kabarcıkların şiddetli oluşumu ve çökmesi, pompada ciddi titreşime ve karakteristik çıtırtı veya tıslama seslerine neden olarak stabiliteyi ve çalışma ortamını tehlikeye atar.

Pervane Hasarı:

Mekanik Çukurlaşma: Petek benzeri aşınmaya neden olur.

Elektrokimyasal Korozyon: Çökme sırasında açığa çıkan enerji, pervanenin koruyucu pasif tabakasını (özellikle paslanmaz çelik için kritik öneme sahip) tahrip ederek kimyasal korozyonu hızlandırır. Bu birleşik saldırı, son derece hızlı malzeme kaybına yol açar.

Ciddi vakalarda çark delinmesi ve pompanın tamamen arızalanması söz konusu olabilir.

Azalan Servis Ömrü: Pervane hasarı, titreşim nedeniyle yataklarda ve contalarda hızlanan aşınmayla birleştiğinde, bakım aralıklarını ve pompanın genel ömrünü önemli ölçüde kısaltır.

3. Tanımlama ve Teşhis

Ses: Pompadan gelen, çakıl taşı pompalamaya benzer, sürekli bir çıtırtı, patlama veya tıslama sesi.

Performans: Sabit hız ve valf konumunda, akışta, tahliye basıncında (basınç yüksekliği) ve motor akımında (güç tüketimi) ani veya kademeli düşüş.

Titreşim: Özellikle eksenel yönde, pompa titreşim değerlerinde anormal derecede yüksek değerler.

Görsel İnceleme: Operasyon sonrası söküm işlemi, bıçak giriş kenarlarının arka tarafında (düşük basınç bölgesi) belirgin petek benzeri çukurlaşmayı ortaya koymaktadır.

4. Başlıca Nedenler (Dolaşımlı Su Sistemlerinde)

Yetersiz Kullanılabilir NPSH (NPSHa): Temel neden.

Aşırı Pompa Yüksekliği: Pompa, besleme sıvısı seviyesinin çok yukarısına monte edilmiştir.

Aşırı Emme Hattı Kayıpları: Çok uzun, dar, çok fazla dirsek içeren veya filtreleri/süzgeçleri/ayak vanaları tıkalı olan emme boruları basınç düşüşünü artırır.

Yüksek Sıvı Sıcaklığı: Sistemdeki zayıf ısı alışverişi veya yüksek termal yük, su sıcaklığını ve buhar basıncını artırarak NPSHa'yı düşürür.

Düşük Sistem Basıncı: Kapalı sistemlerdeki basınç dalgalanmaları veya yetersiz takviye suyu, emme tankı basıncını düşürür.

Yüksek Pompa Gereksinimi NPSH (NPSHr):

Pompanın doğuştan gelen tasarımının yetersiz olması veya elverişsiz çark giriş geometrisi/yüksek giriş hızı.

Pervane aşınması veya tıkanması, orijinal hidrolik tasarımı tehlikeye atar.

5. Önleme ve Çözümler

Sistem Tasarımını Optimize Edin (NPSHa'yı Artırın):

Pompa montaj yüksekliğini düşürün; mümkün olan her yerde sıvı seviyesi pompa merkez hattının üzerinde olacak şekilde (doldurulmuş emme) pompa kullanın.

Emme borularını optimize edin: Uzunluğu kısaltın, çapı artırın, bağlantı elemanlarını/vanaları en aza indirin ve filtreleri/süzgeçleri düzenli olarak temizleyin.

Sıvı sıcaklığını kontrol edin: Soğutma kulelerinin, ısı eşanjörlerinin vb. verimli çalışmasını sağlayın.

Sistem basıncını dengeleyin: Kapalı sistemlerde uygun basınçlandırma ve takviye işlemlerini sağlayın.

Uygun Seçim ve Değişiklik (NPSHr'yi Azaltma):

Yeterli güvenlik payına sahip pompalar seçin: Yeterli güvenlik payına sahip (tipik olarak ≥ 0,5-1,0 m) NPSHa > NPSHr değerlerini sağlayın.

Kavitasyona dayanıklı pompalar seçin: Çift emişli çarklı (daha düşük giriş hızı) veya indükleyici kanatlı modeller.

Pervane modifikasyonu: Standart pervaneyi kavitasyon önleyici bir modelle (daha kalın giriş kenarları, özel kanat profilleri içeren) değiştirin veya standart pervane girişini daha keskin, daha ince bir profile sahip olacak şekilde profesyonelce yeniden şekillendirin/oyuklaştırın.

İşletme ve Bakım:

Sert yüzey kaplama/Kaplama: Lazer kaplama, plazma püskürtme veya kaynak kaplama yöntemleriyle kavitasyona dayanıklı malzemeler (örneğin, kobalt bazlı alaşımlar, tungsten karbür) uygulayın.

Polimer Kaplamalar: Daha az kritik uygulamalar için yüksek performanslı epoksi kaplamalar kullanın.

Hasar görmüş pervaneler derhal onarılmalı veya değiştirilmelidir.

Düşük akışlı çalışmadan kaçının: Düşük akışlarda iç sirkülasyon kavitasyona neden olur. Pompanın tercih edilen çalışma aralığında (BEP) çalıştırın.

Değişken Frekans Sürücüleri (VFD) Kullanın: Pompa hızını önemli ölçüde düşürmek, NPSHr değerini (hızın karesiyle orantılı) düşürür; bu da etkili bir çözümdür.

Yüzey Koruma ve Onarım:

Özet
Santrifüj pompalarda çark kavitasyonu, sistemden elde edilen Net Pozitif Emme Yüksekliği (NPSHa) ile pompanın ihtiyaç duyduğu Net Pozitif Emme Yüksekliği (NPSHr) arasındaki dengesizlikten kaynaklanan sistemik bir sorundur. Çözüm, ikili bir yaklaşımda yatmaktadır: Arzı artırmak ve talebi azaltmak—sistemin NPSHa'sını artırırken pompanın NPSHr'sini azaltmak. Sistematik tasarım, seçim, işletme ve bakım yoluyla kavitasyon etkili bir şekilde önlenebilir ve yönetilebilir.