Eksenel akışlı pompa

Endüstriyel kullanım için eksenel akışlı bir pompa

Eksenel akışlı pompa, (EAP) esasen bir boru içinde pervane’li bir pompa türüdür. Pervane doğrudan borudaki kapalı bir motor ile veya boruya dışarıdan takılan elektrik motoru veya benzinli/dizel motorlarla veya boruyu dik açıyla delen tahrik miliyle çalıştırılabilir.

Pompanın girişindeki ("emme" kısmı) ve çıkışındaki ("boşaltma" olarak adlandırılır) yarıçap değişikliği çok az olduğundan, sıvı parçacıkları pompadaki akışda radyal konumlarını değiştirmez. Bu nedenle bu pompaya "eksenel" pompa denir.

Çalışma şekli

Eksenel akış pompasının hız üçgeni

Eksenel akışlı pompanın muhafazasının içinde dönen pervane tipi bir çarkı vardır. Eksenel akışlı pompanın basıncı, sıvının pervane kanatları üzerinden akışıyla oluşur. Akışkan, çarkın miline paralel yönde itilir yani akışkan pompadan geçerken akışkanın radyal konumu değişmez. Akışkan, pervaneye eksenel olarak girer ve neredeyse eksenel olarak çıkar. Eksenel akışlı pompa pervanesi bir motorla tahrik edilir.

Notlar

• Sabit difüzör kanatları, çarkın boşaltma hızının girdap bileşenini (${\displaystyle V_{\rm {w2}}}$) ortadan kaldırmak ve enerjiyi basınca dönüştürmek için kullanılır.
• Pervane kanatları ayarlanabilir olabilir.
• Ön dönüşü ortadan kaldırmak ve akışı tamamen eksenel yapmak için makineye ön giriş kanatları takılabilir.

Birim ağırlık başına sıvı üzerinde yapılan iş^[1] = ${\displaystyle U{\frac {(V_{\rm {w2}}-V_{\rm {w1}})}{g}}}$

burada ${\displaystyle U=U_{\rm {2}}=U_{\rm {1}}}$ kanatçık hızıdır.

Maksimum enerji transferi için ${\displaystyle V_{\rm {w1}}=0}$, yani, ${\displaystyle \alpha _{\rm {1}}=90\deg }$

Bu nedenle hız üçgeni çıkışından şu denklemi elde ederiz:

${\displaystyle V_{\rm {w2}}=U-V_{\rm {f2}}\cot \beta _{\rm {2}}}$

Bu nedenle, eksenel akışlı pompa tarafından birim ağırlık başına maksimum enerji transferi = ${\displaystyle U{\frac {(U-V_{\rm {f2}}\cot \beta _{\rm {2}})}{g}}}$

Kanat tasarımı

Eksenel akış pompasının kanatları bükülmüştür

Eksenel akışlı pompa kanatlarının, üzerinden sıvının aktığı ve basıncın artırıldığı bir kanat profil kesiti vardır.^[2]

Sabit bir akış için elimizdeki denklem şöyle yazılabilir ${\displaystyle V_{\rm {f1}}=V_{\rm {f2}}=V_{\rm {f}}}$

Böylece, birim ağırlık başına sıvıya maksimum enerji transferi olacaktır.

${\displaystyle U{\frac {(U-V_{\rm {f}}\cot \beta _{\rm {2}})}{g}}}$

Kanadın tüm açıklığı boyunca sabit enerji transferi için, yukarıdaki denklem tüm ${\displaystyle r}$ değerleri için sabit olmalıdır. Ancak ${\displaystyle U^{2}}$, ${\displaystyle r}$ yarıçapındaki artışla artar, bu nedenle sabit bir değeri korumak için ${\displaystyle UV_{\rm {f}}\cot \beta _{\rm {2}}}$'ta eşit bir artış gerçekleşmelidir.

${\displaystyle V_{\rm {f}}}$ sabit olduğundan, bu nedenle ${\displaystyle \cot \beta _{\rm {2}}}$, ${\displaystyle r}$ artan oranda artmalıdır. Böylece yarıçap değiştikçe kanat bükülür.

Karakteristik

Eksenel akışlı bir pompanın karakteristik eğrisi. Kırmızı çizgiler değişen kanat hatvesindeki farklı performansı, mavi çizgiler emilen gücü gösterir.

Eksenel akışlı pompanın özellikleri yandaki şekilde gösterilmiştir. Şekilde gösterildiği gibi, sıfır debideki basma yüksekliği, pompanın en iyi verimlilik noktasındaki basma yüksekliğinin üç katı kadar olabilir.

Sıfır akış hızında çekilen en yüksek güç ile akış azaldıkça güç gereksinimi artar. Bu özellik, akıştaki artışla birlikte güç gereksiniminin arttığı radyal akış santrifüj pompa'nın zıttır. Ayrıca, güç gereksinimleri ve pompa basma yüksekliği, hatve artışıyla birlikte artar, böylece pompanın en verimli çalışmayı sağlamak için sistem koşullarına göre ayarlanması sağlanır.

Avantajları

Eksenel akış pompasının ana avantajı, az basma yüksekliğinde (dikey mesafe) nispeten yüksek debili olmasıdır.^[3] Örneğin daha yaygın kullanılan radyal akışlı veya santrifüj pompa ile karşılaştırıldığında 4 metreden daha az yüksekliklerde 3 kata kadar daha fazla su veya diğer sıvıları pompalayabilir. Ayrıca pervane üzerindeki hatveyi değiştirilerek az debi/yüksek basınç ve büyük debi/az basınçta zirve verimlilik’te çalışacak şekilde kolayca ayarlanabilir ( yalnızca bazı modeller).

Akışkan dönüşünün etkisi eksenel pompada^[4] çok şiddetli değildir ve pervane kanatlarının uzunluğu da kısadır. Bu, daha az hidrodinamik kayıplara ve daha yüksek verimliliğe yol açar.

Bu pompalar geleneksel pompaların arasında en küçük boyutlara sahiptir ve az basma yüksekliği ve yüksek debiler için daha uygundurlar.

Uygulamaları

Tai modeli 8 inç x 20 fit uzunluğunda, 12 beygir gücündeki iki tekerlekli traktörle çalışan, plastik esnek dağıtım borusu aracılığıyla sulama kanalından yakındaki pirinç tarlalarına su basan eksenel akış pompası

EAP'lerin en yaygın uygulamalarından biri, ticari, belediye ve sanayi kaynaklarından gelen kanalizasyon suyunun aktarılmasıdır.

Yelkenli teknelerde, yelken safrası için kullanılan transfer pompalarında da EAP'ler kullanılır.

Enerji santrallerinde ana kondansatörü soğutmak için bir rezervuardan, nehirden, gölden veya denizden su pompalamak için kullanılırlar.

Kimya endüstrisinde, buharlaştırıcılar ve kristalleştiriciler gibi büyük sıvı kütlelerinin sirkülasyonu için kullanılırlar.

Atık su arıtımı, EAP genellikle iç karışık sıvı devridaimi için kullanılır (yani, nitrifiye edilmiş karışık sıvıyı havalandırma bölgesinden denitrifikasyon bölgesine aktarmada kullanılır).

Tarım ve balıkçılıkta, büyük beygir gücündeki EAP 'ler, sulama ve drenaj için su pompalamada kullanılır. Doğu Asya'da milyonlarca az beygir gücündeki (6-20 HP) mobil birim, çoğunlukla tek silindirli dizel ve benzinli motorlarla çalışır. Küçük çiftçiler tarafından ekin sulama, drenaj ve balıkçılık için kullanılırlar. Pervane tasarımları da gelişti, daha da fazla verimlilik sağlandı ve çiftçilikte tüketilen enerji maliyetlerini düşürdü. Önceki tasarımlar iki metreden daha kısaydı ancak günümüzde güç kaynağına izin verirken su kaynağına daha güvenli şekilde "ulaşmalarını" sağlamak için 6 metreye veya daha fazlasına kadar çıkabilir (çoğunlukla iki tekerlekli traktörler kullanılır) yandaki resimde gösterildiği gibi daha güvenli, daha sabit konumlarda tutulmalıdır.

Ayrıca bakınız

• Pompa

Kaynakça

1. A Valan Arasu (2012). Turbo Machines. 2nd. Vikas Publishing House. s. 342. ISBN 9789325960084. 
2. Rama S.R. Gorla; Aijaz A. Khan (2003). Turbomachinery Design and Theory. illustrated. CRC Press. s. 59. ISBN 9780203911600. 
3. Merle C. Potter; David C. Wiggert; Bassem H. Ramadan (2011). Mechanics of Fluids. 4th. Cengage Learning. s. 609. ISBN 9780495667735. 
4. S M Yahya (2005). Turbines Compressors and Fans. 3. Tata McGraw-Hill Education. s. 9. ISBN 9780070597709. 

Bibliyografya

• SM Yahya "Turbines Compressors and Fans, 3rd edition", Tata McGraw-Hill Education, 2005
• A Valan Arasu "Turbo Machines, 2nd edition", Vikas Publishing House Pvt. Ltd.