Çok Kademeli Pompa Nedir? Basınç Nasıl Artırılır? Kademe Fiziği, Devir, Çark Tıraşlama ve İki Sayısal Örnek

Çok kademeli pompa, aynı mil üzerine seri dizilmiş birden fazla çark ve difüzörden oluşan, her kademenin ürettiği basma yüksekliğini üst üste toplayarak yüksek basınç veren santrifüj pompadır. Debi kademeden kademeye değişmez; yalnızca basınç artar. Basıncı artırmanın en kontrollü yolu budur, çünkü kademe eklemek verimi bozmadan basıncı doğrusal biçimde büyütür.

Bu yazıda sırasıyla şunları bulacaksınız:

• Tek kademenin ürettiği basıncın neden çark çapı ve devir sayısıyla sınırlı olduğu
• Kademeler seri bağlandığında basma yüksekliğinin toplanması, debinin sabit kalması
• Difüzör, ara yatak ve kademe gövdesinin hidrolik görevi
• Eksenel itme kuvvetinin nereden doğduğu ve nasıl dengelendiği
• Kademe sayısı ile basma yüksekliği arasındaki sayısal ilişki ve yarım kademe kavramı
• Devir sayısının etkisi, benzerlik yasaları ve çark tıraşlama ile ince ayar
• Basıncı artırmanın diğer yolları, her birinin fiziksel sınırı ve neden kademe eklemenin tercih edildiği
• Motor gücü hesabı ve iki tam sayısal seçim örneği
• Sık yapılan beş hata, devreye alma kontrol listesi ve sık sorulan sorular

01Çok kademeli pompa nedir, tek kademeliden farkı nedir?

Kademeli pompa, tek bir mil üzerinde arka arkaya dizilmiş çark ve difüzör çiftlerinden oluşur. Birinci çarktan çıkan su, kendi difüzöründe hız enerjisini basınca çevirdikten sonra doğrudan ikinci çarkın emiş ağzına yönlendirilir; ikinci çark bu suyu zaten kazandığı basıncın üzerine kendi katkısını ekleyerek üçüncüye devreder. Sistem bir merdivendir: her basamak aynı yüksekliği ekler, taşınan su miktarı değişmez.

Tek kademeli bir pompada ise su bir kez çarktan geçer ve doğrudan basma ağzına çıkar. Aradaki fark yalnızca parça sayısı değil, üretilebilecek basınç aralığıdır. Aynı devirde, aynı çark çapıyla tek kademeli bir gövde 25 ila 45 mSS aralığında kalırken, sekiz kademeli bir gövde aynı hidrolikle 200 ila 360 mSS üretir. Debisi ise iki durumda da aynıdır, çünkü debiyi belirleyen kademe sayısı değil çarkın geçiş kesiti ve devirdir.

Bu ayrımın pratik sonucu şudur: yüksek debi ve düşük basınç isteyen bir işte kademeli gövdeye ihtiyaç yoktur, tek kademeli bir pompa daha ucuz ve daha basittir. Yüksek basınç ve orta ya da düşük debi isteyen işlerde ise kademeli gövde neredeyse rakipsizdir. Kullanım suyu hidroforları, kazan besleme hatları, yüksek katlı bina zonları ve yıkama sistemleri bu ikinci gruba girer; seçenekler /urunler/pompa-sistemleri/kullanim-suyu-hidroforlari sayfasında listelenmektedir.

02Tek kademenin basıncı neden çark çapı ve devirle sınırlıdır?

Bir çarkın üretebileceği basma yüksekliği, çark çıkışındaki çevresel hızın karesiyle orantılıdır. Çevresel hız ise yalnızca iki değişkene bağlıdır: çarkın dış çapı ve dakikadaki devir sayısı. Bu yüzden tek kademede daha çok basınç istemenin fiziksel olarak iki yolu vardır, çarkı büyütmek ya da daha hızlı döndürmek. İkisinin de sert sınırları vardır.

Çark çapını büyütmek gövdeyi, salyangozu, yatakları ve mil çapını büyütmeyi zorunlu kılar. Büyüyen çark aynı debide daha düşük özgül hızda çalışır; kanat girişindeki ve çark çıkışındaki hız üçgenleri bozulur, kaçak kayıpları ve disk sürtünmesi artar. Sahada bunun karşılığı, kataloglarda büyük çaplı tek kademeli pompaların düşük debide yüzde 45 ila 60 gibi mütevazı verimlerde kalmasıdır. Ayrıca büyüyen çark, aynı basıncı üretse bile gövdeyi daha ağır ve daha pahalı yapar.

Devri artırmak ilk bakışta daha cazip görünür, çünkü basınç devrin karesiyle büyür. Ancak emiş tarafındaki gerekli net pozitif emme yükü de devirle hızla büyür; 2900 devirde kavitasyon sınırında olan bir emiş şartı, 3500 devirde kesinlikle kavitasyon üretir. Buna mekanik salmastranın kayma hızı sınırı, rulman ömrünün hıza bağlı azalması ve gürültünün artması eklenir. Bu üç sınır bir araya geldiğinde tek kademeden çıkarılabilecek basınç pratikte 40 ila 60 mSS bandında kilitlenir.

Bu tablonun okunma biçimi önemlidir. Üç yöntem de basıncı artırır, ama yalnız kademe eklemek verim eğrisini aynı bölgede tutar. Çark büyütmek ve devir artırmak, pompayı verim tepesinden uzaklaştırma riskini beraberinde getirir.

03Kademeler seri bağlanınca ne olur: basma yüksekliği toplanır, debi sabit kalır

Kademeler hidrolik olarak seri bağlıdır: birinci kademenin çıkışı ikinci kademenin girişidir. Seri bağlantıda aynı su kütlesi bütün kademelerden geçtiği için debi değişmez, buna karşılık her kademenin eklediği enerji üst üste birikir. Kural tek satırdır: toplam basma yüksekliği, kademe başına basma yüksekliği çarpı kademe sayısıdır.

Bunu bir örnekle sabitleyelim. Kademe başına 22 mSS üreten bir hidrolikte üç kademe 66 mSS, altı kademe 132 mSS, on kademe 220 mSS verir. Debi bu üç durumda da aynıdır; diyelim ki 12 m³/h. Yani üç kademeli pompa da on kademeli pompa da 12 m³/h basar, aralarındaki tek fark suyu ne kadar yükseğe çıkardıklarıdır. Debiyi büyütmek isteyen kişi kademe ekleyerek hiçbir yere varamaz; onun için ya daha büyük hidrolikli bir gövdeye ya da paralel bağlı ikinci bir pompaya geçmesi gerekir.

Kademelerin toplaması tam olarak doğrusal değildir. Birinci kademe düz bir emişten beslenir, sonraki kademeler ise bir önceki difüzörün ürettiği dönmeli akıştan beslenir; ayrıca kademe aralarındaki geçiş kanallarında küçük sürtünme kayıpları oluşur. Kaliteli bir hidrolikte bu sapma kademe başına yüzde 1 ila 3 arasındadır ve katalog eğrisi zaten gerçek ölçüme dayandığı için ayrıca hesaba katılmaz. Sapma büyükse bu, tasarımın değil aşınmanın işaretidir: kademe aşınma halkaları açılmıştır.

04Difüzör ne işe yarar, ara yataklar neden vardır?

Difüzör, çarktan yüksek hızla çıkan suyun hız enerjisini kayıpsıza yakın biçimde basınç enerjisine çeviren, kanatlı sabit elemandır. Çark suya hız verir, basıncı asıl kuran difüzördür. Kademeli bir gövdede her çarkın kendi difüzörü vardır; difüzör aynı zamanda suyu bir sonraki çarkın emiş ağzına düzgün bir açıyla teslim eder.

Tek kademeli pompalarda bu işi salyangoz gövde yapar. Salyangoz, tek bir çark için ucuz ve etkili bir çözümdür ama arka arkaya dizilemez. Kademeli tasarımda ise difüzör hem hidrolik dönüştürücü hem de yapısal ara eleman görevini üstlenir; kademe gövdeleri difüzörlerle birlikte üst üste dizilir ve tamamı bağlantı çubuklarıyla sıkılır. Dik milli kademeli pompaların ince ve uzun görünümü tam olarak bu diziden gelir.

Ara yatak, uzun milin kendi ağırlığı ve hidrolik yan kuvvetler altında sehim yapmasını engelleyen, genellikle sudan yağlanan burçtur. Kademe sayısı arttıkça mil uzar; sekiz kademeden sonra mil, kendi kritik dönme hızına yaklaşmaya başlar. Ara yatak bu noktada mili ortadan destekleyerek titreşimi sınırlar. Sudan yağlanan burçların ömrü, suyun içindeki katı parçacıklarla doğrudan ilişkilidir; bu yüzden emiş hattına pislik tutucu konması bir tercih değil zorunluluktur ve seçenekler /urunler/tesisat-ekipmanlari/pislik-tutucu sayfasındadır.

Malzeme seçimi burada kritiktir. Temiz şebeke suyunda tungsten karbür ya da grafit burçlar sorunsuz çalışır. İçinde kum, kaynak curufu veya kireç zerreciği bulunan suda ise aynı burç birkaç yüz saatte açılır, mil titreşimi büyür ve mekanik salmastra kaçırmaya başlar. Sahada "salmastra kaçırdı" diye bildirilen arızaların önemli bir bölümünün kök nedeni salmastra değil, aşınmış ara yatağın yarattığı mil salgısıdır.

05Kademe sayısı ile basma yüksekliği arasındaki ilişki nasıl bir tablo çıkarır?

Sabit devirde ve sabit hidrolikte toplam basma yüksekliği kademe sayısıyla doğru orantılıdır. Aşağıdaki tablo, 2900 devirde kademe başına yaklaşık 22 mSS üreten orta boy bir dik milli hidrolik için tipik değerleri gösterir; gerçek katalog değerleri model ve debiye göre yüzde 5 ila 10 oynar, ama davranışın kendisi değişmez.

Tabloyu kullanırken üç şeye dikkat edilir. Birincisi, bar karşılığı 1 bar eşittir 10,2 mSS kabulüyle hesaplanır ve bu kabul yalnız 4 santigrat derece civarındaki su için tamdır; 80 santigrat derecedeki suda yoğunluk düştüğü için aynı basma yüksekliği daha düşük bar üretir. İkincisi, gövdenin anma basıncı toplam basıncı taşımalıdır; 25 bar üreten bir pompayı 16 bar sınıfı bir kolektöre bağlamak gövdeyi değil tesisatı riske atar. Üçüncüsü, kademe sayısı arttıkça motorun mil gücü de aynı oranda büyür.

Bu doğrusallığın en faydalı tarafı seçim esnekliğidir. İhtiyaç 130 mSS ise, 22 mSS kademeli bir hidrolikte altı kademe 132 mSS verir ve iş biter. İhtiyaç 120 mSS ise beş kademe 110 mSS ile yetersiz, altı kademe 132 mSS ile fazladır. İşte bu ara noktalar için üreticiler kısmi kademe kullanır.

06Yarım kademe ne demek, neden kullanılır?

Yarım kademe, tam kademeden daha küçük çaplı bir çarkın kullanıldığı ve dolayısıyla tam kademenin ürettiği basıncın yaklaşık yarısını üreten ara kademedir. Katalogda "5-1" ya da "8-2" gibi gösterimlerle karşılaşılmasının nedeni budur: ilk sayı toplam kademe yuvası sayısını, ikinci sayı küçültülmüş çark sayısını belirtir. Amaç, iki tam kademe arasındaki 20 ila 25 mSS'lik boşluğu daha ince adımlarla doldurmaktır.

Bunun sahadaki karşılığı, gereksiz basınç satın almamaktır. 120 mSS isteyen bir sistemde altı tam kademeli pompa seçilirse fazla gelen 12 mSS, ya kısma vanasında ısıya çevrilerek atılır ya da sistemi gereğinden yüksek basınçta tutar. Beş buçuk kademelik bir çözüm 121 mSS civarını verir; kısma kaybı ortadan kalkar, motor gücü küçülür ve yıllık elektrik tüketimi düşer. Frekans kontrollü setlerde bu kazanç kısmen sürücüyle de sağlanır, ama sürücünün fazlalığı yönetmesi ile hiç fazlalık üretmemek aynı şey değildir.

Yarım kademenin ikinci faydası motor sınırında ortaya çıkar. Kademe eklemek gücü de artırır; altıncı tam kademe motoru bir üst güç kademesine, örneğin 4 kilovattan 5,5 kilovata taşıyorsa, yarım kademe hem basınç ihtiyacını karşılar hem motoru mevcut sınıfta tutar. Bu, ilk yatırımda ve pano seçiminde doğrudan tasarruftur.

07Devir sayısının etkisi: 2900 devir ile 1450 devir farkı nedir?

Devir sayısı, kademe başına üretilen basıncı belirleyen ikinci ana değişkendir. İki kutuplu bir motor 50 hertz şebekede yaklaşık 2900 devir, dört kutuplu motor yaklaşık 1450 devir yapar. Basma yüksekliği devrin karesiyle değiştiği için, aynı çark 1450 devirde 2900 devirdekinin dörtte birini üretir. Yani 22 mSS veren bir kademe, devir yarıya indiğinde yalnızca 5,5 mSS verir.

Bunun doğrudan sonucu, aynı basıncı 1450 devirde elde etmek için dört kat kademe gerekmesidir. 132 mSS için 2900 devirde altı kademe yeterken, 1450 devirde yirmi dört kademe gerekir; bu pratikte gövde boyu, mil kritik hızı ve maliyet açısından savunulamaz. Bu yüzden yüksek basınçlı kademeli pompaların büyük çoğunluğu 2900 devir sınıfındadır.

Peki 1450 devir neden hâlâ kullanılır? Üç gerekçesi vardır. Birincisi ses: devrin yarıya inmesi tipik olarak 8 ila 12 desibel A gürültü kazancı sağlar ve bu, insan kulağında sesin yarıya inmesi gibi algılanır. İkincisi emiş: gerekli net pozitif emme yükü düşer, dolayısıyla sıcak su, yüksek irtifa veya vakumlu emiş gibi zor şartlarda kavitasyon riski azalır. Üçüncüsü ömür: aşınmanın hıza bağlı olduğu abrasif akışkanlarda düşük devir doğrudan servis aralığını uzatır.

Frekans sürücüsü bu tabloyu sürekli hâle getirir. Sürücü, aynı pompayı 1200 ila 3000 devir arasında herhangi bir noktada çalıştırabilir; böylece kademe sayısını değiştirmeden basınç ayarlanır. Ancak sürücü, mekanik olarak var olmayan bir basıncı yaratamaz. Motorun anma devrinin çok üzerine çıkmak hem motor soğutmasını hem de yatak ömrünü riske atar, bu yüzden sürücü genellikle basıncı azaltma yönünde kullanılır.

08Benzerlik yasaları basıncı nasıl önceden hesaplattırır?

Benzerlik yasaları, aynı pompanın farklı devirlerdeki davranışını üç basit oranla veren kurallardır: debi devirle doğru orantılı, basma yüksekliği devrin karesiyle, mil gücü ise devrin küpüyle değişir. Bu üç bağıntı, katalogda olmayan bir devirdeki performansı elle hesaplamayı mümkün kılar.

Somut bir hesap yapalım. 2900 devirde 14 m³/h debide 132 mSS basan ve 8,2 kilovat mil gücü çeken altı kademeli bir pompayı 2400 devire indirdiğimizi varsayalım. Devir oranı 2400 bölü 2900 eşittir 0,828. Debi 14 çarpı 0,828 eşittir 11,6 m³/h olur. Basma yüksekliği 132 çarpı 0,828 üzeri iki, yani 132 çarpı 0,685 eşittir 90,4 mSS'e düşer. Mil gücü 8,2 çarpı 0,828 üzeri üç, yani 8,2 çarpı 0,567 eşittir 4,65 kilovata iner.

Bu sonucun yorumu şudur: devri yüzde 17 azaltmak basıncı yüzde 31, gücü ise yüzde 43 azaltır. Kısmi yükte sürücüyle çalışmanın elektrik faturasında neden bu kadar sert bir kazanç yarattığı buradan görülür. Aynı hesabın ters yönü de geçerlidir; devri yüzde 10 artırmak gücü yüzde 33 artırır, dolayısıyla var olan bir motoru zorlamak neredeyse her zaman termik attırır.

09Çark tıraşlama nedir, hangi durumda ince ayar aracıdır?

Çark tıraşlama, çarkın dış çapının tornada bir miktar küçültülerek pompanın basma yüksekliğinin kalıcı olarak düşürülmesidir. Kademe eklemek basıncı yukarı yönde 20 ila 25 mSS'lik adımlarla değiştirirken, tıraşlama aşağı yönde yüzde 1'lik hassasiyetle ayar yapar. İkisi birbirinin rakibi değil, tamamlayıcısıdır.

Yaklaşık kural, basma yüksekliğinin çap oranının karesiyle değişmesidir. Çapı yüzde 5 küçültülen bir çark, basıncın yaklaşık yüzde 10'unu kaybeder. 132 mSS basan altı kademeli bir pompanın her çarkı yüzde 5 tıraşlanırsa toplam basınç 119 mSS civarına iner. Uygulamada tıraşlama sınırı çark çapının yüzde 10 ila 15'idir; bunun ötesinde kanat çıkış açısı bozulur, verim hızla düşer ve çark ile difüzör arasındaki hidrolik uyum kaybolur.

Tıraşlamanın gerçek kullanım alanı, katalogda tam ihtiyaca oturan model olmamasıdır. 118 mSS isteyen bir sistemde beş kademe 110 mSS ile yetersiz, altı kademe 132 mSS ile fazlaysa, altı kademeli gövdenin hafif tıraşlanması sistemi tam noktaya oturtur. Frekans kontrollü setlerde ise tıraşlama genellikle gereksizdir; sürücü aynı işi tersinir biçimde ve dönüş imkânı bırakarak yapar.

Bir uyarı gerekir: tıraşlanmış çark geri büyütülemez. Tesiste ileride kat eklenmesi, zon değişmesi veya boru direncinin artması ihtimali varsa, kalıcı tıraşlama yerine sürücüyle ayar tercih edilmelidir. Ayrıca tıraşlama sonrası çarkın yeniden balanslanması ve pompanın ölçülerek doğrulanması gerekir; balanssız çark titreşimi ve kısa yatak ömrünü beraberinde getirir.

10Basıncı artırmanın diğer yolları ve neden kademe eklemek tercih edilir?

Bir sistemde basıncı artırmanın dört yolu vardır: kademe eklemek, çarkı büyütmek, devri artırmak ve ikinci bir pompayı seri bağlamak. Dördü de fiziksel olarak işe yarar, fakat verim, ses, emiş güvenliği ve bakım yükü açısından eşdeğer değildir. Kademe eklemek üstünlüğünü, hidroliği değiştirmeden yalnız çoğalttığı için elde eder.

Çarkı büyütmek, gövdenin ve yatakların yeniden boyutlandırılmasını gerektirir; kazanç ise sınırlıdır. Katalog gövdelerinde çark çapı zaten üst sınırında seçilmiştir, dolayısıyla mevcut bir pompada büyütme seçeneği pratik olarak yoktur. Devri artırmak sürücüyle kolay görünse de motorun anma devrinin üzerine çıkmak soğutmayı zayıflatır, mil ve rulman yüklerini büyütür, gerekli net pompa emme yükünü artırır ve gürültüyü belirgin biçimde yükseltir.

Seri bağlı pompa çözümü ise mevcut bir tesiste yeni gövde satın almadan basınç eklemek gerektiğinde anlamlıdır. Fakat iki ayrı makine iki ayrı salmastra, iki ayrı motor, iki ayrı bakım programı demektir. Aynı basıncı tek gövdede sekiz kademeyle üretmek, aynı kabin hacminde daha az sızıntı noktası ve tek bir servis noktası anlamına gelir. Sahada yaygın kural şudur: yeni tesiste kademe, mevcut tesiste seri bağlantı.

11Seri bağlı pompa basınç toplar mı, paralel bağlantıdan farkı nedir?

Seri bağlı pompa basınç toplar; ikinci pompanın emişi birincinin basmasına bağlandığında toplam basma yüksekliği iki pompanın aynı debideki basma yüksekliklerinin toplamıdır. Debi ise toplanmaz, tek pompanın debisi kadar kalır. Paralel bağlantı bunun tam tersidir: debiler toplanır, basınç tek pompanınki kadar kalır. Bu iki kural karıştırıldığında sistem ya susuz ya basınçsız kalır.

Seri bağlantıda üç mühendislik şartı vardır. Birincisi, ikinci pompanın gövde anma basıncı birinci pompanın ürettiği basınç ile kendi ürettiğinin toplamını taşıyabilmelidir. İkincisi, iki pompanın debi kapasitesi birbirine yakın olmalıdır; küçük debili bir pompa büyük debili pompanın önüne konursa akış boğulur. Üçüncüsü, ikisi birlikte kumanda edilmelidir; yalnız ikinci pompa çalışırsa birinci pompanın içinden geri akış olur ve çark ters yönde döner.

Kademeli gövde, aslında bu seri bağlantının tek kabuk içinde en verimli biçimde uygulanmış hâlidir. Kademeler arasında boru, dirsek, vana ve ek salmastra yoktur; geçiş kayıpları kademe başına yüzde birler seviyesindedir. Buna karşılık iki ayrı pompayı boruyla seri bağladığınızda ara borudaki yerel kayıplar ve ikinci motorun kendi verim kaybı toplam verimi tipik olarak yüzde 4 ila 8 düşürür.

Bir de emiş tarafındaki fark vardır. Seri dizideki ikinci pompa zaten basınçlı suyla beslendiği için kavitasyon riski neredeyse yoktur; risk daima birinci makinededir. Aynı şey kademeli gövdede de geçerlidir, kavitasyon her zaman birinci kademede başlar. Bu yüzden emiş şartları hesaplanırken bakılan değer, pompanın tamamının değil birinci kademesinin gerekli emme yüküdür.

12Eksenel itme nereden doğar ve nasıl dengelenir?

Eksenel itme, çarkın ön ve arka yüzeyleri arasındaki basınç farkının mili emiş yönünde itmesiyle oluşan kuvvettir. Tek kademede küçük olan bu kuvvet, kademeler seri dizildiğinde toplanır; on kademeli bir pompada mil üzerindeki toplam eksenel yük birkaç bin newtona ulaşabilir. Bu kuvvet dengelenmezse rulman yatakları kısa sürede yenilir, mil oturur ve mekanik salmastra kaçırır.

Üreticiler bu kuvveti dört yöntemle yönetir. Birincisi denge delikleridir: çarkın arka plakasına açılan delikler yüksek basınçlı arka boşluğu emiş basıncına bağlayarak fark basıncı küçültür. İkincisi arka aşınma halkasıdır; ön ve arka halkalar aynı çapta yapılarak basınç dağılımı simetrik hâle getirilir. Üçüncüsü, dengeleme diski ya da tamburudur: kendi kendine ayarlanan bir kaçak akışıyla itme kuvvetini karşılayan hidrolik denge elemanıdır. Dördüncüsü, kalan kuvveti taşıyan eğik bilyalı ya da açısal temaslı itme yatağıdır.

Sahada bu konunun en somut belirtisi, kalkışta duyulan kısa metalik sürtünme sesi ve motor üst yatağının anormal ısınmasıdır. Dengeleme diskli tasarımlarda disk aşındığında pompanın basıncı düşer, kaçak akışı büyür ve verim erir; bu, arıza gibi görünmeyen sinsi bir performans kaybıdır. Dengeleme deliği tıkanan pompalarda ise tersi olur, itme yükü aniden büyür ve yatak birkaç hafta içinde gider.

13Emiş tarafı, kavitasyon ve net pozitif emme yükü nasıl kontrol edilir?

Kavitasyon, pompa girişindeki mutlak basıncın suyun o sıcaklıktaki buharlaşma basıncının altına düşmesiyle su içinde buhar kabarcıkları oluşması ve bu kabarcıkların yüksek basınç bölgesinde patlayarak metali dövmesidir. Kademeli gövdelerde bu olay her zaman birinci kademede başlar ve tipik belirtisi, pompadan çakıl taşı öğütülüyormuş gibi bir ses gelmesidir.

Kontrol kuralı basittir: tesisin sunduğu net pozitif emme yükü, pompanın istediği değerden en az 0,5 ila 1,0 mSS fazla olmalıdır. Tesisin sunduğu değer, emiş noktasındaki mutlak basınç artı statik yükseklik eksi emiş hattı sürtünme kaybı eksi buharlaşma basıncı olarak hesaplanır. Pompanın istediği değer katalogda debiye bağlı bir eğridir ve debi arttıkça hızla yükselir; bu yüzden kontrol daima en yüksek debi noktasında yapılır.

Sıcaklık burada belirleyicidir. 20 santigrat derecede buharlaşma basıncı 0,024 bar iken, 80 santigrat derecede 0,47 bar, 100 santigrat derecede 1,013 bardır. Yani 90 santigrat derece kazan besleme suyunda emiş güvenliği tamamen deponun pompa üstündeki yüksekliğine bağlıdır. Kazan besleme uygulamalarında degazör tankının pompa ekseninin 2 ila 4 metre üzerine konulmasının nedeni budur.

Emiş hattının kendisi de sık ihmal edilir. Emiş borusu basma borusundan bir çap büyük seçilir, uzunluğu kısa tutulur, dirsek sayısı azaltılır ve hat pompaya doğru sürekli yükselen eğimle çekilir. Emişte hava cebi bırakan bir ters eğim, hesabı doğru yapılmış bir sistemi bile kavitasyona sokar.

14Kademeli pompanın motor gücü nasıl hesaplanır?

Hidrolik güç, suyun yoğunluğu çarpı yerçekimi ivmesi çarpı debi çarpı basma yüksekliği formülüyle bulunur. Mil gücü ise bu değerin pompa verimine bölünmesiyle elde edilir. Pratik kullanımda formül şu hâle getirilir: mil gücü kilovat cinsinden, debi çarpı basma yüksekliği bölü 367 bölü verim. Buradaki 367 katsayısı, debiyi m³/h ve basma yüksekliğini metre cinsinden almak için yapılan birim sadeleştirmesidir ve 1000 kilogram bölü metreküp yoğunluk kabulüne dayanır.

Bir hesap yapalım. Debi 14 m³/h, basma yüksekliği 132 mSS, pompa verimi yüzde 72 olsun. Mil gücü eşittir 14 çarpı 132 bölü 367 bölü 0,72. Pay 1848, 367'ye bölününce 5,04 kilovat çıkar; bunu 0,72'ye böldüğümüzde 7,0 kilovat mil gücü bulunur. Motor seçiminde yüzde 10 ila 15 emniyet payı bırakılır, dolayısıyla 7,5 kilovat anma güçlü motor doğru seçimdir.

Elektriksel güç ise mil gücünün motor verimine, sürücü varsa sürücü verimine bölünmesiyle bulunur. Aynı örnekte motor verimi yüzde 91, sürücü verimi yüzde 97 alınırsa, şebekeden çekilen güç 7,0 bölü 0,91 bölü 0,97 eşittir 7,93 kilovat olur. Yıllık 4000 saat çalışma ve kilovatsaat başına 3,20 lira birim fiyatla yıllık elektrik gideri 7,93 çarpı 4000 çarpı 3,20 eşittir yaklaşık 101.500 lira eder. Bu sayı, verim farkının neden pompa fiyatından daha önemli olduğunu tek satırda gösterir.

15Sayısal örnek 1: 15 katlı bir binanın üst zon hidroforu

Bina 15 katlı, kat yüksekliği 3,0 metre, hidrofor bodrumda ve en üst kat musluğu pompa ekseninin 46 metre üzerinde. Üst zonda 40 daire var. Musluk önünde istenen basınç 3,0 bar, yani 30,6 mSS. Boru ve armatür sürtünme kaybı, uzun kolon ve kat dağıtımı için toplam 14 mSS hesaplanmış durumda.

Toplam basma yüksekliği eşittir statik yükseklik artı sürtünme kaybı artı musluk önü basıncı. Yani 46 artı 14 artı 30,6 eşittir 90,6 mSS. Debi tarafında, 40 daire için eşzamanlılık hesabıyla tepe debi 14,0 m³/h olarak bulunmuş olsun. Görev noktası böylece 14,0 m³/h ve 90,6 mSS'tir.

Kademe seçimi şöyle yapılır. 2900 devirde bu debi bandında kademe başına yaklaşık 22 mSS üreten bir hidrolikte, 90,6 bölü 22 eşittir 4,12 kademe gerekir. Dört kademe 88 mSS ile 2,6 mSS eksik kalır; beş kademe 110 mSS ile 19,4 mSS fazladır. Doğru çözüm ya dört buçuk kademelik kısmi kademeli bir gövde ya da beş kademeli bir gövdeyi frekans sürücüsüyle kısmi devirde çalıştırmaktır. İkinci seçenek, ileride kat ilavesi ya da zon değişikliği ihtimaline karşı esneklik bıraktığı için sahada tercih edilir.

Güç hesabı: 14,0 çarpı 90,6 bölü 367 eşittir 3,46 kilovat hidrolik güç. Pompa verimi yüzde 70 alınırsa mil gücü 3,46 bölü 0,70 eşittir 4,94 kilovat. Emniyet payıyla 5,5 kilovat motor seçilir. Yedeklilik için set iki ya da üç pompalı kurulur ve pompalar dönüşümlü çalışır. Bu sınıftaki dik milli gövdeler /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasında incelenebilir.

Son kontrol emiş tarafındadır. Depo pompa ekseninin 1,5 metre üzerinde, emiş hattı kaybı 0,4 mSS ve su sıcaklığı 20 santigrat derece ise, tesisin sunduğu net emme yükü yaklaşık 10,3 artı 1,5 eksi 0,4 eksi 0,24 eşittir 11,2 mSS olur. Pompanın 14 m³/h'te istediği değer 2,8 mSS ise emniyet payı fazlasıyla yeterlidir.

16Sayısal örnek 2: kazan besleme hattı için kademe ve güç seçimi

Buhar kazanının işletme basıncı 10 bar, yani 102 mSS. Besleme suyu degazör tankından geliyor ve sıcaklığı 90 santigrat derece. Besleme debisi 9,0 m³/h. Besleme hattındaki çek vana, kısma vanası ve boru kayıpları toplam 12 mSS. Emniyet marjı olarak kazan basıncının üzerine 15 mSS ekleniyor, çünkü besleme pompası kazan emniyet vanası açma basıncını da yenebilmelidir.

Toplam basma yüksekliği eşittir 102 artı 12 artı 15 eşittir 129 mSS. Kademe başına 22 mSS üreten hidrolikte 129 bölü 22 eşittir 5,86 kademe. Altı kademe 132 mSS verir ve 3 mSS'lik fazlalık besleme regülatöründe yönetilebilir; seçim altı kademedir.

Güç hesabı: 9,0 çarpı 129 bölü 367 eşittir 3,16 kilovat hidrolik güç. Bu debi ve basınçta pompa verimi yüzde 62 civarındadır, çünkü nispeten düşük debide çalışılmaktadır. Mil gücü 3,16 bölü 0,62 eşittir 5,10 kilovat; 5,5 kilovat motor seçilir. Sıcak suda yoğunluk 965 kilogram bölü metreküpe düştüğü için gerçek mil gücü yaklaşık yüzde 3,5 daha düşük olacaktır, ancak motor seçiminde soğuk su değeri esas alınır çünkü ilk devreye alma soğuk suyla yapılır.

Kritik nokta emiş tarafıdır. 90 santigrat derecede buharlaşma basıncı 0,70 bar, yani 7,1 mSS'tir. Degazör tankı atmosferik ve pompa ekseninin 3,0 metre üzerinde, emiş kaybı 0,5 mSS ise tesisin sunduğu net emme yükü 10,3 artı 3,0 eksi 0,5 eksi 7,1 eşittir 5,7 mSS olur. Pompanın 9 m³/h'te istediği değer 2,2 mSS ise 3,5 mSS marj kalır ve sistem güvenlidir. Tank yüksekliği 1,0 metreye düşseydi marj 1,7 mSS'e inecek ve kısmi kavitasyon riski doğacaktı.

Malzeme kararı da bu örnekte netleşir. Besleme suyu kimyasal şartlandırılmış ve oksijeni alınmış olsa da sıcaktır; dökme demir gövdeli bir pompa yerine paslanmaz iç aksamlı bir gövde seçilir. Grundfos CR ailesi bu ayrımı harf ile verir: dökme demir gövdeli standart tip Grundfos CR, paslanmaz iç aksamlı tip Grundfos CRI, tümüyle paslanmaz gövdeli tip Grundfos CRN olarak anılır. Sürücüsü tümleşik olanlar ise Grundfos CRE ve Grundfos CRNE olarak sınıflanır; çoklu setlerde Grundfos Hydro MPC panosu bu pompaları birlikte yönetir. Portföydeki markalar /markalar sayfasında listelenmektedir.

17Kademeli pompa hangi işlerde kullanılır?

Kademeli gövdeler, orta ya da düşük debide yüksek basınç isteyen bütün uygulamaların varsayılan çözümüdür. Kullanım suyu hidroforları, yüksek katlı binaların zon pompaları, kazan besleme hatları, ters ozmoz ve membran besleme, endüstriyel yıkama, soğutma kulesi devreleri, sulama ve yangın hatları bu ailenin ana kullanım alanlarıdır.

Yangın tarafında ayrı bir dikkat gerekir. Yangın pompa gruplarının seçimi, yerleşimi, test rejimi ve kabul kriterleri TS EN 12845 ve NFPA 20 metinlerinde tanımlıdır; bu setlerde pompanın kapalı vana basıncı, anma noktası ve yüzde 150 debideki davranışı ayrıca şartlandırılır. Yani kademe sayısı yalnız hidrolik ihtiyaca göre değil, standardın istediği eğri şekline göre de seçilir. Yangın setleri /urunler/yangin-sistemleri/yangin-hidroforlari sayfasında yer alır.

Isıtma devrelerinde ise kademeli gövde genellikle gereksizdir. Kapalı bir ısıtma devresinde statik yükseklik pompaya yük bindirmez; gereken basınç yalnız boru direncini yenmek içindir ve tipik olarak 3 ila 8 mSS aralığındadır. Bu iş için ıslak rotorlu tek kademeli sirkülasyon pompaları hem daha verimli hem daha sessizdir; seçenekler /urunler/pompa-sistemleri/sirkulasyon-pompalari sayfasındadır. Kademeli bir pompayı sirkülasyon görevine koymak, hem enerji israfı hem gereksiz gürültüdür.

Performans ölçüm ve kabul tarafında ISO 9906 esas alınır; bu standart, katalog eğrisinin hangi tolerans sınıfında doğrulandığını tanımlar. Ürün enerji verimliliği tarafında ise su pompaları için ErP 2009/125/EC çerçevesi ve ErP 641/2009 uygulama yönetmeliği geçerlidir. Sözleşmede tolerans sınıfı yazılı değilse, kabul ölçümünde çıkan yüzde 4 ila 7'lik sapmalar tartışma konusu olur.

18Sık yapılan 5 hata

Kademeli pompa seçiminde ve devreye alınmasında tekrar eden hatalar bellidir. Beşi, sahadaki arıza kayıtlarının büyük bölümünü tek başına açıklar.

• Debiyi artırmak için kademe eklemek. Kademe yalnız basınç ekler; debi değişmez. Debi ihtiyacı büyükse ya daha büyük hidrolikli gövdeye geçilir ya paralel ikinci pompa konur.
• Basıncı emniyetli olsun diye şişirmek. İhtiyacın yüzde 25 üzerinde seçilen bir pompa, fazlalığı kısma vanasında ısıya çevirir; hem elektrik yakar hem armatür ve conta ömrünü kısaltır. Doğru yöntem, hesabı yapıp kısmi kademe ya da sürücüyle tam noktaya oturmaktır.
• Emiş şartını kontrol etmeden yüksek devirli gövde seçmek. Özellikle sıcak su ve yüksek irtifada, katalogda mükemmel görünen bir seçim sahada kavitasyonla çalışır. Kavitasyon önce sesi, sonra birinci kademe çarkını, sonra verimi götürür.
• Filtresiz emiş. Kum, kaynak curufu ve montaj artıkları ara yatak burçlarını ve aşınma halkalarını birkaç yüz saatte açar. Sonuç, gövdeye dokunulmadan açıklanamayan kademeli bir basınç kaybıdır.
• Kuru çalışma korumasını atlamak. Depo boşaldığında ya da vana kapalı unutulduğunda kademeli pompa hem salmastrasını hem dengeleme yüzeylerini kaybeder. Koruma rölesi ya da seviye şalteri, gövde fiyatının yanında ihmal edilebilir bir maliyettir.

19Devreye alma kontrol listesi

Kademeli pompanın ilk çalıştırması, ilk on dakikada yapılan işlerle uzun ömürlü olup olmayacağını belirler. Aşağıdaki liste sırayla uygulanır.

• Gövde ve emiş hattı tamamen su ile doldurulup havası alındı mı; hava tahliye tapası su gelene kadar açık tutuldu mu.
• Emiş hattındaki pislik tutucu takılı ve temiz mi; montaj artıkları hat yıkanarak uzaklaştırıldı mı.
• Dönüş yönü kısa bir teyit çalıştırmasıyla kontrol edildi mi; ters dönen kademeli pompa basınç üretmez ama akım çeker.
• Emiş ve basma manometreleri takılı ve okunur mu; iki değer arasındaki fark hesaplanan basma yüksekliğini veriyor mu. Manometre seçenekleri /urunler/tesisat-ekipmanlari/manometre sayfasındadır.
• Motor akımı üç fazda ölçüldü mü; anma akımını aşıyorsa basma vanası kısmen kapatılarak çalışma noktası eğri üzerinde kontrol edildi mi.
• Kuru çalışma koruması, basınç şalteri ve termik röle ayarları yazılı değerlere göre kuruldu mu; koruma gerçekten devreye giriyor mu test edildi mi.
• Titreşim ve ses seviyesi ölçüldü mü; ilk gün alınan değer, ileride yatak aşınmasını anlamak için referans olarak kayda geçirildi mi.
• Salmastra bölgesi kuru mu; ilk saatlerde birkaç damla sızıntı normaldir, sürekli akış normal değildir.
• Kademe sayısı, çark çapı, motor gücü ve seri numarası bakım defterine yazıldı mı; revizyonda yanlış parça takılmasını engelleyen tek kayıt budur.
• Sistem tam debide ve kapalı vanada ayrı ayrı denendi mi; kapalı vanada basınç, katalogdaki sıfır debi değerine yakın çıkıyor mu.

20Sık Sorulan Sorular

Çok kademeli pompa nedir, kısaca nasıl tanımlanır?

Aynı mil üzerinde seri dizilmiş çark ve difüzör çiftlerinden oluşan, her kademenin ürettiği basıncı toplayarak yüksek basma yüksekliği veren santrifüj pompadır. Debi kademe sayısından bağımsızdır ve tüm kademelerde aynıdır. Bu yapı, yüksek basınç isteyen orta ve düşük debili uygulamalarda tek kademeli gövdelere göre hem daha kompakt hem daha verimlidir.

Pompa basıncı nasıl artırılır, en pratik yöntem hangisidir?

Yeni bir seçimde en pratik yöntem kademe sayısını artırmaktır, çünkü hidrolik verim bandı değişmeden basınç doğrusal olarak büyür. Mevcut bir tesiste gövde değiştirilemiyorsa ikinci bir pompa seri bağlanabilir. Çark büyütme ve devir artırma yöntemleri fiziksel sınırlara çabuk çarpar ve genellikle verim kaybı, emiş sorunu ya da gürültü artışı getirir.

Kademe eklemek mi devir artırmak mı daha doğrudur?

Kademe eklemek daha doğrudur. Devri artırmak basıncı devrin karesiyle büyütür ama gücü küpüyle büyütür, gerekli emme yükünü yükseltir ve gürültüyü artırır. Kademe eklemek ise aynı devirde, aynı verim bölgesinde çalışmayı sürdürür. Devir değişimi asıl olarak basıncı azaltma yönünde, frekans sürücüsüyle kısmi yükte enerji kazanmak için kullanılır.

Yarım kademe ne demek, hangi durumda seçilir?

Yarım kademe, tam kademenin yaklaşık yarısı kadar basınç üreten küçültülmüş çaplı ara kademedir. İhtiyaç iki tam kademe arasına düştüğünde seçilir. Faydası, gereksiz basınç üretmemek, kısma kaybını ortadan kaldırmak ve çoğu zaman motoru bir alt güç sınıfında tutabilmektir. Katalogda genellikle iki parçalı bir sayı gösterimiyle belirtilir.

Seri bağlı pompa basınç toplar mı, debi de artar mı?

Seri bağlantı basınçları toplar, debiyi artırmaz. İki pompanın aynı debideki basma yükseklikleri toplanır ve sistem tek pompanın debisiyle çalışmaya devam eder. Debi artışı için paralel bağlantı gerekir. Seri bağlantıda ikinci pompanın gövde anma basıncının toplam basıncı taşıyabildiği ve iki pompanın birlikte kumanda edildiği doğrulanmalıdır.

2900 devir ile 1450 devir farkı seçimi nasıl etkiler?

Devir yarıya inince kademe başına basınç dörtte bire düşer, dolayısıyla aynı basınç için dört kat kademe gerekir. Bu yüzden yüksek basınçlı seçimler ağırlıklı olarak 2900 devirdir. 1450 devir, ses hassasiyeti yüksek yerlerde, zor emiş şartlarında ve aşındırıcı akışkanlarda tercih edilir; daha uzun ve daha pahalı bir gövde karşılığında sessizlik ve ömür kazandırır.

Çark tıraşlama basıncı ne kadar düşürür?

Basma yüksekliği yaklaşık olarak çap oranının karesiyle değişir; çapı yüzde 5 küçültmek basıncı yaklaşık yüzde 10 düşürür. Uygulanabilir sınır çap üzerinden yüzde 10 ila 15'tir, ötesinde verim hızla bozulur. İşlem geri alınamaz olduğu için, ileride basınç ihtiyacının artma ihtimali varsa tıraşlama yerine frekans sürücüsüyle ayar tercih edilmelidir.

Benzerlik yasaları nedir, sahada nasıl kullanılır?

Aynı pompada debinin devirle, basma yüksekliğinin devrin karesiyle, mil gücünün devrin küpüyle değiştiğini söyleyen üç orandır. Katalogda olmayan bir devirdeki performansı hesaplamak ve sürücüyle sağlanacak enerji kazancını önceden görmek için kullanılır. Farklı gövdeleri ya da kademe sayılarını karşılaştırmak için kullanılamaz; yalnız tek bir pompanın devir değişimi için geçerlidir.

Pompa motor gücü hesabı nasıl yapılır?

Mil gücü, debi çarpı basma yüksekliği bölü 367 bölü pompa verimi formülüyle bulunur; debi m³/h, basma yüksekliği metre, sonuç kilovattır. Çıkan değere yüzde 10 ila 15 emniyet payı eklenerek bir üst motor sınıfı seçilir. Şebekeden çekilen güç için mil gücü ayrıca motor ve sürücü verimlerine bölünür.

Kademeli pompanın ömrünü en çok ne kısaltır?

Kavitasyon, filtresiz emişten gelen katı parçacıklar ve kuru çalışmadır. Üçü de önce ara yatak burçlarını ve aşınma halkalarını yer, ardından mil salgısı büyür ve mekanik salmastra kaçırır. Bu üç riski emiş hesabı, pislik tutucu ve kuru çalışma koruması ile kapatan bir tesiste kademeli gövdenin ilk büyük revizyonu 8 ila 12 yıla kadar uzayabilir.

Projeniz için doğru kademe sayısını, devir sınıfını ve malzeme tipini seçmek, görev noktasını ve emiş şartlarını birlikte değerlendirmeyi gerektirir. Vekron Mekanik mühendislik ekibi, bina tipi ve akışkan şartlarına göre hidrolik hesabı yapıp uygun gövdeyi ve motor gücünü birlikte önerir. Hesap dosyanızı ya da mevcut sistemin verilerini /iletisim sayfasından iletebilir, dik milli seçenekleri /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasında inceleyebilirsiniz.