Santrifüj pompalarda çark malzemesine ve yüzey kaplamasına bağlı kavitasyon hasarı değerlendirmesi
Evaluation of cavitation damage related to impeller material and surface coating in the centrifugal pumps
Yazar: AHMET TUNÇ
Danışman: PROF. DR. SEDAT ÖZDEN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Santrifüj pompaların verimli bir şekilde çalışabilmeleri için tasarım özelliklerine bağlı olarak, emiş flanşları girişinde pozitif değerde basınç olması gerekmektedir. Pozitif değerdeki basınç gerek sıvının buhar basıncını, gerekse de pompanın tasarımına bağlı olarak sahip olduğu negatif değerdeki basınç kaybını yenmek için gerekmektedir. Çalışma şartları gereği pozitif basıncın negatif basınçtan büyük olmadığı durumlarda pompa kavitasyonda çalışır. 
Pompaların en önemli özelliklerinden bir tanesi net pozitif emme yüksekliği (NPSH)' dir. Net Positive Suction Head ifadesinin baş harflerinden oluşmaktadır. Kavitasyon; düşük basınçlara maruz kalan sıvının, buhar fazına geçmesi ile birlikte buharlaşma basıncının üzerindeki basınçlarda buhar fazının yok olması sürecini ifade etmektedir. NPSHr değeri ise pompanın tasarım değerlerine bağlı olarak pompa üreticisi tarafından belirlenir. NPSHr değeri aynı zamanda gerekli net pozitif emme yüksekliği olarak tanımlanır ve kavitasyon olmaması için NPSHa değerinden küçük olması gerekmektedir. Pompanın çalıştığı sırada operasyonel ve ortam şartlarına bağlı olarak sistemin sağladığı NPSH değeri ise NPSHa olarak tanımlanır. Pompanın emiş tarafındaki basıncının olması gereken en küçük değerini ifade eder. Bir santrifüj pompa emiş yeteneğine sahip değildir.Yani pompanın doğru çalışabilmesi için emiş tarafında en az değerde bir basınç olması gerekmektedir. NPSHr değerinden küçük kaldığı şartlarda pompa çalışmaya devam etmesi halinde veya zaman zaman da olsa bu şartlara maruz kalması halinde, pompa içinde baskılanan akışkan buhar fazına geçmeye ve tekrar yoğunlaşmaya başlar. Bu sırada faz değişimi yaşanırken buhar kabarcıkları genellikle pompa çarkı etrafında patlayarak faz değişimi tamamlar. Bu patlamaya neden olan mikro kabarcıklar 1,5 GPa değerine kadar basınç artışına neden olabilmektedir. Bu değerlere ulaşan patlama etkisi pompa çarkı yüzeyinde aşınmaya ve parça kaybına neden olur. Buna bağlı olarak pompa  çok kısa bir sürede çalışamaz hale gelebilir. 
Farklı malzeme içeriğine sahip olabilen pompa çarkları üzerine çeşitli şartlara karşı dayanıklı olabilen kaplama malzemeleri ile farklı yöntemlerle kaplama yapılabilir. Bu kaplamalar, çalışma şartları, sıcaklık, kavitasyon direnci gibi farklı parametrelere bağlı olarak farklı kalınlık, malzeme, uygulama yöntemleri  gibi özelliklere sahip olabilir. Bu tez kapsamında pompa çarkına Krom Karbid (Cr3C2) ve seramik kaplama yapılarak, kavitasyona karşı direncinin ve ömrünün arttırılması ve buna bağlı olarak aşınmanın azaltılması ve kullanım süresinin artırılması ile ekonomik kayıpların engellenmesi amaçlanmıştır.
Tez çalışması kapsamında kullanılan pompa çarkı Krom Karbid (Cr3C2) ve seramik ile kaplanmış ve pompa, farklı sürelerde kavitasyonda çalıştırılmıştır. Daha sonra bu şartlarda çalışmış olan çark yüzeylerinin pürüzlülükleri ölçülerek SEM analizleri yapılmıştır. Elde edilen veriler, çalışma şartları ile kaplama metodları arasındaki ilişkinin değerlendirilmesinde kullanılmıştır. 

Anahtar Kelimeler: Pompada kavitasyon, Krom Karbid kaplaması, Çark aşınması, Termal sprey kaplama yöntemi (HVOF), Seramik Kaplama

Abstract:
In order for the centrifugal pumps to operate efficiently, there must be positive pressure at the inlet of the suction flanges, depending on design features. The pressure in the positive direction is needed to overcome the pressure loss of the negative side of the liquid depending on the vapor pressure of the pump and the design of the pump. The pump operates in the cavity when the positive pressure is not greater than the negative pressure generated due to operating conditions.
One of the most important features of the pumps is the net positive suction height. Cavitation occurs in the flowing liquid systems when the pressure falls beneath a certain value. Vapor bubbles are formed in some regions or low pressure zones of the flow. The bubbles collapse as they pass from low- to high-pressure zones in the pump. While there is a phase change, the steam bubbles usually burst around the pump ring to complete the phase change. When vapor bubbles collapse inside the pump the liquid strikes the metal parts with the high pressure.  Pressure of this vapor bubbles collapse  can reach up to 1,5 GPa. These high pressure causes the pump to wear on the track surface and cause the parts to be lost. As a result, the pump may become unworkable in a very short time.
Different methods and different coating materials can be used to coat the pump impellers, which to withstand various high pressure conditions. These coatings may have different thicknesses, materials, application methods and different properties depending on different parameters such as operating conditions, temperature and cavitation resistance.
Within the scope of this thesis; chrome carbide (Cr3C2) and ceramic coating has applied to the pump impeller. It is intended to extend the impeller life and increase the resistance of the pump casing against to cavitation. In this way, it was aimed to reduce the energy and material losses on the pumps.
After the Chrome Carbide and ceramic coating applied on the pump impeller used in the thesis study, the pump was operated in cavitation at different periods and durations. The structures that emerged after cavitation were investigated by surface roughness device and SEM analysis, and the results were used to are the effected to the strenght of the coating material on the performance of the pump.The obtained data were used to evaluate the relationship between working conditions and coating methods also.

Keywords: Cavitation in pump, Chrome Carbide coating, HVOF, Ceramic Coating, Impeller wearing.