Yüksek sıcaklık ve basınç altında çalışan bir santrifüj pompanın şasi ve gövde gerilme analizi
Baseplate and body stress analysis of a centrifugal pump working under high temperature and pressure
Yazar: OKAN CEBECİ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KURT
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dünya nüfusunun artması, teknolojik gelişmeler ve globalleşen dünya üretimlerde rekabet ortamını giderek arttırmaktadır. Bunların yanı sıra piyasadan gelen taleplere hızlı cevap verilmesi, kalite ve sürekliliğin yerine getirilmesi gerekmektedir. Özellikle ilaç, enerji, petro-kimya ve kağıt endüstrisi gibi hayatı birçok alanda etkileyen sektörlerde, yüksek güvenilirlik ve hassasiyet gerektiren sistemlerin taleplerinin giderilmesi büyük önem taşımaktadır. Pompa ve pompa sistemleri, üretim süreç taleplerinin karşılanması açısından proseslerin kalbi olarak sayılabilmektedir. Bu yüzden 7/24 çalışmakta olan bu proseslerde, pompalardan öncelikli beklenti yüksek güvenilirlik ve süreklilik olmuştur.
Son yıllarda gelişen bilgisayar teknolojisi ile birlikte, pompa tasarım aşamalarında yapısal ve akış analizlerinin sayısal olarak incelenmesine imkan vermiş, tasarımların iyileştirilmesi ve optimize edilmesi sanal ortamında yapılarak kalıp, model ve deneysel maliyetlerin en aza indirgenmesine ve zaman kayıplarının azaltılmasına olanak sağlanmıştır.
Bu çalışmada API 610 standart'ına göre tasarımı yapılmış bir uçtan emişli konsol tip pompada meydana gelen gerilme, deformasyon, et kalınlığının uygunluğu ve mil deformasyonun uygunluğunun tespiti amacıyla, bilgisayar ortamında sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak analizler yapılmıştır. Sayısal analizler ANSYS Workbench ticari yazılımı altında gerçekleştirilmiştir. Birinci statik analiz durumunda pompa gövdesine uygulanan maksimum basınç altında hesaplanan et kalınlığının kontrolü yapılmıştır. Gövde üzerinde meydana gelen gerilme ve deformasyon değerleri ölçülerek, hesaplanan gövde et kalınlığı optimize edilmiştir.  İkinci statik analiz durumu, pompa emme ve basma flanşlarında meydana gelen flanş yüklerinin etkisinden kaynaklı, pompa mili ve salmastra yatağında meydana gelen deformasyon ve gövde üzerinde meydana gelen gerilme değerleri incelenmiştir. Deformasyon değerlerinin azaltılmasına ilişkin, mil deformasyonunu doğrudan etkileyen pompa şasinin farklı modelleri tasarlanmıştır.

Abstract:
Increasing world population, developing technology and globalization lead to a harder competition in industrial environments. Furthermore, fast response to customer demands, ensuring high quality and its sustainability is given priority. Especially in sectors affecting daily life like pharmaceutical, chemical, energy, petrochemical, pulp and paper industries it is crucial to meet the demands of systems which require high reliability and sensitivity. Pumps and pumping systems can be named as the heart of production processes. Therefore, in this kind of processes running 7/24, prior expectation from pumping units is high reliability and sustainability.
Recent advancements in computer technology enabled to conduct numeric calculations for static and CFD analysis in pump design. It is made possible to make the design optimization in digital platform thus reducing molding, prototype production and experimental validation costs and accordingly save considerable amount of time.
In this study, static analysis is conducted for a API 610 overhung pump using finite element method in ANSYS Workbench platform. It is aimed to calculate the stress and deformation field and to check whether allowable shaft deformation criteria is achieved. In the first step specified volute thickness is checked under maximum allowable working pressure. Stress and deformation field are controlled at various sections and thickness is optimized step by step accordingly. In the second step, pump shaft deflection, stuffing box deflection and stress values at volute are analyzed under suction and discharge flange loads. Different baseplate configurations are designed which has direct influence on the shaft deflection values.