Bir santrifüj pompanın çoklu çark parametrelerinin performansa etkisinin incelenmesi
Investigation of the performance effect of multiple impeller parameters of a centrifugal pump
Yazar: OSMAN BABAYİĞİT
Danışman: PROF. DR. SAİM KOÇAK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez, Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı'nın 01076 STZ 11-2 kodlu projesinin bir bölümü olarak gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında çalışılmak üzere düşey milli iki kademeli santrifüj bir pompa belirlenmiştir. Çalışmanın amacı, belirlenen pompa çarkının yeniden tasarımla hidrolik veriminin iyileştirilmesi ve pompada çoklu çark parametreleri uygulanmasının performansa etkisinin incelenmesidir. Seçilen pompanın emme, basma ve difüzör kısımlarında herhangi bir değişiklik yapılmamıştır. Çalışmada ilk olarak pompa çarkı yeniden tasarlanıp hem çarkın hem de pompanın Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanılarak sayısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen HAD sonuçlarına göre yeni tasarım çark (YTÇ) ile hem pompanın mevcut çarkı (MÇ) içerisinde meydana gelen akış ayrılmaları azaltılmış hem de çark hidrolik verimi MÇ'ye göre yaklaşık 2.2% artırılmıştır. YTÇ üretimi gerçekleştirilerek YTÇ'nin kullanıldığı iki kademeli pompa deneyleri de tamamlanmıştır. YTÇ kullanılarak iki kademeli pompa akış hacmi, dengeleme delikleri ve kayıp-kaçaklar da dâhil edilerek gerçeğine uygun bir şekilde oluşturulup deneyler sonucunda elde edilen debi değerlerine göre HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Pompa HAD sonuçları ile deneysel sonuçlar karşılaştırılarak sayısal çalışmanın kabul edilebilirliği ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlara göre deneysel ve HAD sonuçları arasında fark, tasarım debisinde yaklaşık 1% diğer debilerde ise 10%'dan daha düşük olarak hesaplanmıştır. Firma verilerine göre tasarım debisinde MÇ kullanılan pompanın genel verimi yaklaşık 49% iken, pompa çarkının yeniden tasarlanması ile YTÇ kullanılan pompa genel verimi deneyler sonucunda yaklaşık 51% olarak belirlenmiştir. 
Çalışmanın ikinci aşamasında; YTÇ üzerinde çoklu çark parametreleri olarak, farklı kanat sayısı (4, 5 ve 6), kanat sarım açısı (1000, 1250 ve 1500) ve farklı oranlarda ara kanat ilaveleri ( La/L = 0.5, 0.6, 0.7 ve 0.8) uygulanmasıyla 36 farklı çark modeli oluşturulmuştur. Her bir çark modeli için, çark çıkışına difüzör kanadı ilave edilen çark akış hacimleri oluşturulmuş ve HAD analizleri uygulanarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma neticesinde kanat sarım açısı 1000, kanat sayısı 5 ve ilave ara kanat oranı 0.8 olan çark modeli ile en yüksek hidrolik verim artışı elde edildiği tespit edilmiştir. Belirlenen çark modelinin üretimi tamamlandıktan sonra, bu çarkın kullanıldığı pompa deneysel çalışmaları gerçekleştirilmiş ve YTÇ'nin ve çoklu çark parametre uygulamaları ile belirlenen çarkın kullanıldığı pompa deneyleri karşılaştırılmıştır.
Tez kapsamında yapılan çalışmalar sonucunda, hem yeniden tasarım hem de çoklu parametre uygulamaları ile pompa genel verimi yaklaşık 49%'dan 53%'e kadar çıkarılmıştır.

Abstract:
This thesis has been realized as a part of the project of the Ministry of Science, Industry and Technology with the code of 01076 STZ 11-2. A two-stage centrifugal pump with a vertical shaft was selected for the study. The aim of the work is to improve the hydraulic efficiency of the designated pump impeller with the redesign and to investigate the performance effect of the application of the multiple impeller parameters in the pump. No changes were made to the suction, discharge and diffuser sections of the selected pump. In the study, first, the pump impeller was redesigned and numerical analyzes were performed using both the impeller and the pump using the Computational Fluid Dynamics (CFD). According to the obtained CFD results, the redesign impeller (RI) reduces both the flow separation in the original impeller (OI) and the impeller hydraulic efficiency is increased by about 2.2% compared to OI. Following the production of the RI, the two-stage pump experiments using the RI were completed. Two-stage pump flow volume was created, balancing holes and losses-leaks were also included, using RI and the CFD analyses were performed according to the experimental results. The acceptability of the numerical study was demonstrated by comparing the experimental results with the pump CFD results. According to the obtained results, , the difference between the experimental and CFD results is calculated to be about 1% on the design flow rate and less than 10% in the other flow rates. According to the company data, the overall efficiency of the pump using OI on the design flow is about 49%, and with the redesign of the pump impeller, the pump overall efficiency with RI is determined to be about 51% as a result of experiments.
In the second phase of the study; 36 different impeller models were created on the RI by applying different blade numbers (4, 5 and 6), blade wrap angles (100°, 125° and 150°) and different splitter blades at different ratios (La/L = 0.5, 0.6, 0.7 and 0.8) as multiple impeller parameters. For each impeller model, impeller flow volumes with diffuser blade outlet were created and the results obtained by applying CFD analysis were compared. As a result of the comparison, it was determined that the highest hydraulic efficiency increase was obtained with the impeller model with blade wrap angle of 100°, blade number of 5 and additional splitter blade ratio of 0.8. After the production of the specified impeller model is completed, experimental studies were carried out on pumps and pump experiments using the RI and determined by multi impeller parameters applications were compared. 
As a result of the study, with both the redesign and the multiple impeller parameters applications the overall efficiency of the pump has been increased from about 49% to 53%.