Radyal pompaların katı-su karışımı iletiminde kullanılmasının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of centripugal pumps when handling solid-liquid mixtures
Yazar: TAHSİN ENGİN
Danışman: PROF.DR. İSMAİL ÇALLI
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2000
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Katı-sıvı akış = Solid-liquid flow ; Pompalar = Pumps ; Radyal pompalar = Radial pumps

Özet:
ÖZET Radyal pompa kullanılan bir karışım iletim sisteminin tasarımı için taşıyıcı akışkan içerisindeki katı madde etkilerinin bilinmesi gerekir. Bu konuda eğer gerekli duyarlılık gösterilmezse pompa ile tesis edildiği sistemin uyumsuz çalışması kaçınılmazdır ve bu durum sistemin aşınma hızıyla birlikte maliyet ve bakım masraflarının artmasına yol açar. Radyal pompalar yüksek debi, düşük maliyet, kolay bakım ve tesis uyumu gibi avantaj lan sayesinde hidrolik taşıma sistemlerinde artarak kullanılmaya başlanmıştır. Basma yüksekliği gereksiniminin nispeten düşük olduğu kısa mesafeli tesislerde oldukça tercih edilmektedir. Bu öneminin yanında uygulamada genellikle pompa seçimi ya geçmiş tecrübelere ya da su için verilen değerlere göre yapılmaktadır. Diğer taraftan suya katı maddenin katılmasıyla çift fazlı bir akış meydana gelir ve karışım performansı suyunkinden oldukça farklı değerler alır. Çünkü bu durumda pompa performansı karışımın Newtonian veya Bingham akışkanı tarzında davranışına bağlı olarak artabilir veya bozulabilir. Yapılan araştırmalar sudan daha yoğun katı minerallerin pompalanması durumunda, genellikle, mil giriş gücünün artmasına karşın basma yüksekliği ve verimin düştüğünü göstermektedir. Böyle bir düşümün üzerinde katı mineralin yoğunluğu, şekli, boyutu ve boyut dağılımı ile konsantrasyonu önemli bir rol oynar. Karışım pompalanması gibi proseslerde kapalı ve açık tip çarklar uzun süredir kullanılmaktadır. Açık çarkların temel tercih sebebi olarak kolay imal edilebilmeleri ile düşük disk sürtünme kaybına neden olmaları sayılabilir. Ayrıca süspansiyonların pompalanmasına çok iyi uyum sağlamaktadırlar. Bu tip çarklarda çarkın emme tarafındaki yanağı yoktur ve açık olan bu yüzeyle gövde arasında eksenel bir boşluk meydana gelir. Açık çarkların en önemli performans kaybı bu boşluk üzerinde oluşan aralık kayıpları ile gerçekleşir. Bu konu üzerinde uzun süredir araştırmalar yapılmasına rağmen bu etkilerin kestiriminde kullanılabilecek genelleştirilmiş güvenilir bir metot henüz mevcut değildir. Bu nedenle söz konusu etkilerin kestiriminde kullanılacak olan matematiksel modellerin geliştirilmesinde test verilerine ihtiyaç bulunmaktadır. Öte yandan literatürde aralık kayıpları sadece su için araştırılmıştır ve karışım pompalanndaki aralık kayıpları konusunda, problemin karmaşık yapısından dolayı, çok az çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada, bir radyal pompanın tanım büyüklükleri üzerinde, karışım pompalanması durumunda, katı madde özellikleri (tanecik boyutu, yoğunluğu) ile % 33.51 e kadar ağırlık konsantrasyonunun etkisini ve aralık açıklığı etkilerini incelemek üzere deneyler yapılmıştır. Bunun için 6 değişik katı madde kullanılmıştır ve maksimum tanecik boyutu yaklaşık 2.4 mm dir. Testler esnasında aralık açıklığı 1.25 mm den 8 mm ye kadar kademeli olarak değiştirilmiştir. Elde edilen deneysel XIVsonuçlar kullanılarak literatürde mevcut korelasyonlar değerlendirilmiştir. Ayrıca aralık etki faktörleri hesaplanarak tek faz için elde edilen faktör değerleriyle karşılaştmlmıştır. Elde edilen sonuçlar pompa performansının, karışım özelliklerinden ve aralık açıklığından önemli ölçüde etkilendiğini ortaya koymuştur. XV

Abstract:
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF CENTRIFUGAL PUMPS WHEN HANDLING SOLID-LIQUID MIXTURES SUMMARY In order to design a slurry transportation system based on centrifugal pumps, it is necessary to know the influence of solids on the performance of the pumps. If accurate corrections are not made, it is likely that pumps and the system will be mismatched, which will accelerate the rate of wear and increase operating and maintenance costs. Centrifugal pumps, because of their inherent advantages of high and consistent flow rate, low cost, and ease of maintenance and better operational stability are being increasingly employed for pumping slurries in the pipeline transportation systems. In short distance, in plant, slurry pipelines where the head requirements are relatively low, therefore centrifugal pumps are best suited. The selections of pumps for any pipeline transportation system depend mainly on the past experience and/or based on the performance of pump, pumping clear water. On the other hand, the characteristic performance curve of a centrifugal pump differs from its clear water performance curve when solids included and the flow becomes two phase. The performance of the pump will improve or deteriorate depending upon whether the slurry behaves as Newtonian fluid or Bingham fluid. The general conclusions given by most investigators are that the head developed and efficiency of the pump decrease whereas the input power increases when mixture of solids (heavier than water) and water being pumped. The variables affecting the pump performance are the concentration of solids in the mixture, physical properties of solid like its density, shape, size and size distribution of particles and flow inside the pump. Both closed and open impellers have long been used in centrifugal pumps handling slurries. Open impellers have some advantages when compared with closed ones. For instance, low manufacturing cost and low disc friction loss could be said. Furthermore, they are suited for pumping suspensions. In this types of impellers have only one shroud and are open on one side where a tip clearance takes place between open side of the impeller and the stationary casing. One of the most important loss in open impellers is the tip clearance loss. Although tip clearance effects on pump performance have been studied for many years, and the necessity for reliable information is ever increasing, an exact method of prediction of these effects currently does not exist and test data must be relied upon to aid in the development of models to estimate these effects. On the other hand, most publications in the field are either mainly focused on the tip clearance effects on pump performance handling clear water or on the slurry effects on pump performance. Due to complex nature of XVIthe problem, only a limited number of studies on the tip clearance effects on conventional centrifugal pump performance handling slurries have been conducted. In the present study, experiments were conducted to determine the individual effects of solid properties (particle size, solids specific gravity), and solids concentration by weight up to 33.51%, as well as tip clearance effects on an open impeller centrifugal pump characteristics. To do this, 6 different solid minerals were employed and maximum particle size was approximately 2.4 mm. Tip clearance was varied from 1.25 mm to 8 mm over the experiments. Utilizing these test data a comparative evaluation of the existing correlations in the literature was performed. Additionally the influence factors relating to tip clearance losses, for slurry pumping, have been computed and compared with single phase pumping. Test results have shown that slurry characteristics and running tip clearances have a considerable impact on the pump performance. XVII