Tek kademeli santrifüj pompalarda dengeleme deliklerinin pompa performansına etkisinin sayısal ve deneysel araştırılması

Tez çalışmasında santrifüj pompalarda eksenel yüklerin azaltılmasında kullanılan dengeleme deliklerinin delinmesi yönteminin pompa verimi ve eksenel yükler üzerindeki etkisi sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada ticari olarak üretilmekte olan tek kademeli bir santrifüj pompa seçilmiştir. Seçilen pompanın gövde tasarımlarında hiçbir değişiklik yapılmadan sadece çark üzerine belirli parametreler ve seviyeleri doğrultusunda optimizasyon yöntem ve programları kullanılarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yardımıyla dengeleme deliklerinin tasarım optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışmasında Taguchi Deneysel Tasarım Yöntemi (TDTY) ve Direct Optimization, HAD analizleri için Ansys Fluent programı kullanılmıştır. Optimum sonuca ulaşmak amacıyla dengeleme delikleri üzerinde delik merkezi açısı, delik çapı, delik merkezi çapı ve delik adeti olmak üzere dört parametre tespit edilmiştir. Optimizasyon çalışmalarının ilk aşamasında L16 ortogonal dizisinde TDTY kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar tek ve çok amaçlı olarak sinyal/gürültü (S/N) oranı ve varyans analizi (ANOVA) ile değerlendirilmiştir. Dengeleme deliksiz pompa ile kıyaslandığında TDTY ile tasarlanan dengeleme delikli pompanın rulman ömrü 2160 çalışma saatinden 510000 çalışma saatine çıkarken Minimum Verimlilik İndeksi (MEI) 0.462'den 0.276 değerine düşmüştür. Optimizasyon çalışmalarının ikinci aşamasında ise Direct Optimization kullanılmıştır. Yapılan tanımlamalar ve sınırlandırmalara göre optimizasyon hedeflenen sonuçlara yaklaşıncaya kadar toplamda 111 sayısal analiz gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışması yaklaşık 280 saat içerisinde tamamlanarak en iyi sonuçları veren 3 aday geometri elde edilmiştir. Sayısal analizler ve karşılaştırmalar neticesinde dengeleme deliksiz pompaya göre optimize dengeleme delikli pompanın rulman ömrü 2160'den 320000 çalışma saatine çıkarken MEI değeri 0.435 olarak hesaplanmıştır. Çalışmanın son kısmında optimize dengeleme delikli pompa üretilip performans deneyleri yapılmıştır. Performans deneyleri sonuçlarında optimize dengeleme delikli pompanın dengeleme deliksiz pompaya göre basma yüksekliği ve pompa verimi değerlerinde sırasıyla yaklaşık %0.23 ve %0.28 azalma meydana gelirken, güç değerlerinde %0.05 artış tespit edilmiştir. Bununla beraber MEI değerleri 0.435'ten 0.415 değerine düşmüştür. Ancak rulman sıcaklıkları dengeleme deliksiz pompada 65 °C iken optimize dengeleme delikli pompada 40 °C olarak ölçülmüştür