1. Pervane Boşluğunun Tanımı ve Temel Etkileri

Pervane boşluğu, pervane ile pompa gövdesi (veya kılavuz kanat halkası) arasındaki radyal boşluğu ifade eder ve tipik olarak 0.2 mm ile 0.5 mm arasında değişir. Bu boşluk, performansı önemli ölçüde etkiler  çok kademeli dikey türbin pompaları iki ana açıdan:

● Hidrolik Kayıplar: Aşırı boşluklar sızıntı akışını artırarak hacimsel verimliliği düşürür; aşırı küçük boşluklar sürtünme aşınmasına veya kavitasyona neden olabilir.

● Akış Karakteristikleri: Boşluk boyutu, çark çıkışındaki akış düzgünlüğünü doğrudan etkiler ve dolayısıyla basınç ve verimlilik eğrilerini etkiler.

2. Pervane Boşluğu Optimizasyonunun Teorik Temeli

2.1 Hacimsel Verimliliğin İyileştirilmesi

Hacimsel verimlilik (ηₛ), gerçek çıkış akışının teorik akışa oranı olarak tanımlanır:

ηₛ = 1 − QQsızıntısı

Qleak, çark boşluğunun neden olduğu sızıntı akışıdır. Boşluğun optimize edilmesi sızıntıyı önemli ölçüde azaltır. Örneğin:

● Boşluğun 0.3 mm’den 0.2 mm’ye düşürülmesi sızıntıyı %15-20 oranında azaltır.

● Çok kademeli pompalarda, kademeler arası kümülatif optimizasyon, toplam verimliliği %5-10 oranında artırabilir.

2.2 Hidrolik Kayıpların Azaltılması

Boşluğun optimize edilmesi, çark çıkışındaki akış düzgünlüğünü iyileştirerek türbülansı azaltır ve böylece basınç kaybını en aza indirir. Örneğin:

● CFD simülasyonları, aralığın 0.4 mm'den 0.25 mm'ye düşürülmesinin türbülanslı kinetik enerjiyi %30 oranında düşürdüğünü ve bunun da şaft güç tüketiminde %4-6 oranında bir azalmaya karşılık geldiğini göstermektedir.

2.3 Kavitasyon Performansının Arttırılması

Büyük boşluklar girişteki basınç titreşimlerini şiddetlendirerek kavitasyon riskini artırır. Boşluğun optimize edilmesi akışı dengeler ve NPSHr (net pozitif emme kafası) marjını yükseltir, özellikle düşük akış koşullarında etkilidir.

3. Deneysel Doğrulama ve Mühendislik Vakaları

3.1 Laboratuvar Test Verileri

Bir araştırma enstitüsü, karşılaştırmalı testler gerçekleştirdi çok kademeli dikey türbin pompası (parametreler: 2950 d/d, 100 m³/h, 200 m basma yüksekliği).

3.2 Endüstriyel Uygulama Örnekleri

● Petrokimya Sirkülasyon Pompası Yenilemesi: Bir rafineri, pervane boşluğunu 0.4 mm'den 0.28 mm'ye düşürerek yıllık 120 kW·h enerji tasarrufu ve işletme maliyetlerinde %8 azalma sağladı.

● Açık Deniz Platformu Enjeksiyon Pompası Optimizasyonu: Lazer interferometrisi kullanılarak boşluk kontrolü (±0.02 mm) kullanılarak, pompanın hacimsel verimliliği %81'den %89'a çıkarılarak aşırı boşluklardan kaynaklanan titreşim sorunları çözüldü.

4. Optimizasyon Yöntemleri ve Uygulama Adımları

4.1 Boşluk Optimizasyonu için Matematiksel Model

Santrifüj pompa benzerlik yasaları ve düzeltme katsayılarına dayanarak boşluk ile verimlilik arasındaki ilişki şöyledir:

η = η₀(1 − k·δD)

Burada δ boşluk değeri, D çark çapı ve k deneysel bir katsayıdır (tipik olarak 0.1–0.3).

4.2 Temel Uygulama Teknolojileri

●Hassas İmalat: CNC makineleri ve taşlama takımları, pervaneler ve kasalar için mikrometre düzeyinde hassasiyete (IT7–IT8) ulaşır.

●Yerinde Ölçüm: Lazer hizalama aletleri ve ultrasonik kalınlık ölçüm cihazları, montaj sırasında sapmaları önlemek için boşlukları izler.

● Dinamik Ayarlama: Yüksek sıcaklık veya aşındırıcı ortamlar için cıvata bazlı ince ayarlı değiştirilebilir sızdırmazlık halkaları kullanılır.

4.3 Hususlar

● Sürtünme-Aşınma Dengesi: Küçük boşluklar mekanik aşınmayı artırır; malzeme sertliği (örneğin çarklar için Cr12MoV, kasalar için HT250) ve çalışma koşullarının dengelenmesi gerekir.

● Isıl Genleşme Telafisi: Yüksek sıcaklık uygulamaları (örneğin sıcak yağ pompaları) için ayrılmış boşluklar (0.03–0.05 mm) gereklidir.

5. Geleceğin Eğilimleri

●Dijital tasarım: Yapay zeka tabanlı optimizasyon algoritmaları (örneğin genetik algoritmalar) optimum boşlukları hızla belirleyecek.

●Katmanlı üretim: Metal 3D baskı, entegre pervane-gövde tasarımlarına olanak vererek montaj hatalarını azaltıyor.

●Akıllı İzleme: Dijital ikizlerle eşleştirilen fiber optik sensörler, gerçek zamanlı boşluk izleme ve performans düşüşü tahmini olanağı sağlayacak.

Sonuç

Pervane boşluğu optimizasyonu, çok kademeli dikey türbin pompası verimliliğini artırmanın en doğrudan yöntemlerinden biridir. Hassas üretim, dinamik ayarlama ve akıllı izlemeyi birleştirmek, %5-15 verimlilik kazanımı sağlayabilir, enerji tüketimini azaltabilir ve bakım maliyetlerini düşürebilir. Üretim ve analizdeki gelişmelerle boşluk optimizasyonu, daha yüksek hassasiyet ve zekaya doğru evrilecek ve pompa enerjisi iyileştirmesi için temel bir teknoloji haline gelecektir.

Not: Pratik mühendislik çözümleri, yaşam döngüsü maliyeti (YDM) analiziyle doğrulanan ortam özelliklerini, işletme koşullarını ve maliyet kısıtlamalarını entegre etmelidir.