Pompa Kavitasyonu Nedir? Belirtileri, Tipleri, Teşhis Prosedürü ve Önleme Yöntemleri

Pompa kavitasyonu nedir sorusunun kısa cevabı şudur: akışkanın basıncının o sıcaklıktaki buhar basıncının altına düşüp buhar kabarcığı oluşturması ve bu kabarcıkların yüksek basınç bölgesinde ani çökmesidir. Çöken her kabarcık metale mikro jet çarpar; sonuç gürültü, titreşim, verim kaybı ve çarkta oyulmadır.

Bu yazıda sırasıyla şunları bulacaksınız:

• Kabarcığın doğuşundan çökmesine kadar geçen sürecin fiziği ve mikro jet mekanizması
• Sahada duyulan ve ölçülen kavitasyon belirtileri: ses, debi salınımı, akım dalgalanması, titreşim spektrumu
• Kavitasyon tipleri: emiş kavitasyonu, deşarj kavitasyonu, kanat geçiş ve türbülans kaynaklı biçimler
• Çark üzerindeki hasar izlerinden hangi tipin çalıştığını okuma yöntemi
• Numaralı teşhis prosedürü: manometreden titreşim ölçümüne kadar adım adım
• Önleme yöntemleri tablosu ve her yöntemin emiş yükü marjına sayısal etkisi
• İki tam sayısal örnek: emiş çapı büyütülerek kurtarılan sistem ve sıcaklık artışının marjı yemesi
• Sık yapılan beş hata, devreye alma kontrol listesi ve sık sorulan sorular

01Pompa kavitasyonu nedir ve fiziksel olarak ne olur?

Kavitasyon, bir akışkanın statik basıncının bulunduğu sıcaklıktaki doyma buhar basıncının altına inmesiyle sıvı içinde buhar boşlukları oluşması ve bu boşlukların basıncın yeniden yükseldiği bölgede şiddetle çökmesidir. Olay kaynama ile aynı faz değişimidir, ama tetikleyicisi ısı değil basınç düşüşüdür. Su 20 santigrat derecede 0,0234 bar mutlak basınca indiğinde kaynar; pompanın emiş ağzından çark gözüne geçerken hızlanan akım, tam olarak bu eşiği yerel olarak aşağı geçebilir. Bu nedenle kavitasyon bir "hava kaçağı" değil, akışkanın kendi buharının yarattığı bir olaydır.

Süreç dört aşamada yürür. Birincisi çekirdeklenmedir: sıvı içindeki çözünmüş gaz kabarcıkları ve mikroskobik parçacıklar buharlaşmaya başlangıç noktası verir. İkincisi büyümedir; kanat emiş kenarının hemen arkasındaki düşük basınç bölgesinde kabarcık milisaniyeler içinde milimetre mertebesine ulaşır. Üçüncüsü taşınmadır; kabarcık akımla birlikte kanat kanalı boyunca basıncın yükseldiği bölgeye sürüklenir. Dördüncüsü çökmedir; dış basınç buhar basıncını aştığı anda kabarcık simetrisiz biçimde içine göçer.

Hasarı yaratan aşama dördüncüsüdür. Kabarcık bir katı yüzeye yakın çöktüğünde küresel simetri bozulur, yüzeyden uzak taraf içeri doğru dürülür ve karşı duvara yönelen ince bir sıvı sütunu oluşur. Bu mikro jetin çarpma hızı 100 ila 500 metre bölü saniye mertebesindedir ve çarpma noktasında anlık basınç 1000 barın üzerine çıkabilir. Tek bir çarpma metali kopartmaz; ama saniyede binlerce kez tekrarlanan çarpma yüzeyi yorar, tane sınırlarını gevşetir ve malzeme parça parça kopar. Ortaya çıkan doku, döküm yüzeyinde süngerimsi, keskin kenarlı bir oyulmadır.

02Buhar basıncı ile akış hızı arasındaki bağ nedir?

Buhar basıncı, sıvının o sıcaklıkta sıvı ve buhar fazlarının dengede olduğu mutlak basınçtır ve yalnız sıcaklığa bağlıdır. Akış hızı ise yerel statik basıncı belirler: bir kesitte hız arttıkça statik basınç düşer. Kavitasyon, bu iki eğrinin kesişmesidir. Emiş borusundaki hızın 3 metre bölü saniyeden 1,5 metre bölü saniyeye indirilmesi hız yüksekliğini dörtte bire düşürür ve statik basıncı yükseltir; bu, kavitasyona karşı en ucuz müdahaledir.

Sayısal olarak bakmak faydalıdır. Hız yüksekliği v²/2g ile hesaplanır. 3 metre bölü saniyede bu değer 3²/(2×9,81) = 0,459 mSS; 1,5 metre bölü saniyede 0,115 mSS'dir. Fark tek başına küçüktür, ama sürtünme kaybı hızın karesiyle orantılı olduğu için asıl kazanç kayıp kaleminde ortaya çıkar. Uzun bir emiş hattında hızın yarıya inmesi toplam kaybı dörtte bire indirir ve emiş yükü marjına birkaç metre birden ekler.

Sıcaklığın etkisi bundan daha serttir çünkü buhar basıncı sıcaklıkla doğrusal değil üstel artar. Su 20 santigrat derecede 0,0234 bar mutlak buhar basıncına sahipken 60 derecede 0,199 bara, 80 derecede 0,474 bara, 100 derecede 1,013 bara çıkar. Yani 20 dereceden 80 dereceye çıkan bir kazan dönüş suyu, aynı sistemde yaklaşık 4,5 mSS'lik emiş yükü marjını doğrudan yer. Sıcak su hatlarında pompanın kot konumu bu yüzden pazarlık konusu değildir.

03Emiş yükü marjı ile kavitasyon ilişkisi nasıl kurulur?

Sistemin pompaya sunduğu net pozitif emiş yükü, pompanın çark gözünde kavitasyonsuz çalışabilmek için istediği değerin üzerinde kalmak zorundadır. Sistemin sunduğu değer atmosfer basıncından buhar basıncı yüksekliğinin, statik kot farkının ve emiş hattı kayıplarının çıkarılmasıyla bulunur; pompanın istediği değer ise üretici eğrisinden debiye göre okunur. Bu iki büyüklüğün ayrıntılı türetimi ayrı bir konudur; burada yalnız sonucu kullanıyoruz.

Kural basittir: sistemin sunduğu değer, pompanın istediğinden en az 0,5 metre ya da yüzde 10 kadar büyük olmalıdır. Sahada güvenli tasarım marjı 1,0 ila 1,5 mSS arasında tutulur; sıcak su, kritik proses ve büyük çaplı çift emişli pompalarda 2,0 mSS ve üzeri istenir. Marj sıfıra yaklaştığında pompa çalışır ama görünmeyen bir kavitasyon başlar; eğri üzerindeki yüzde 3 basma yüksekliği düşüşü zaten kabarcıkların oluştuğu noktadır.

Bu son cümle çok sık atlanır. Katalogda verilen değer, basma yüksekliğinin yüzde 3 düştüğü şart olarak tanımlanır. Yani pompa o değerde çalışırken kavitasyon zaten mevcuttur, sadece performansa henüz tam yansımamıştır. Uzun ömür isteniyorsa çalışma noktasının katalog eğrisinin belirgin biçimde üzerinde tutulması gerekir. Sürekli çalışan proses pompalarında bu fark 1,5 katı olarak alınır; günde birkaç saat çalışan yangın veya yedek hatlarda 1,2 kat kabul edilebilir.

04Kavitasyon belirtileri sahada nasıl kendini gösterir?

Kavitasyon belirtileri beş başlık altında toplanır: karakteristik ses, debi ve basınç salınımı, motor akımında dalgalanma, geniş bantlı titreşim ve çark yüzeyinde oyulma. Bu belirtilerin en az üçü bir arada görülüyorsa teşhis neredeyse kesindir. Tek başına ses, gevşek yatak veya yabancı cisimle de açıklanabileceği için yeterli kanıt değildir.

Ses en tanıdık göstergedir. Kavitasyon sesi nasıl bir sestir sorusunun standart cevabı şudur: pompanın içinden çakıl veya mermer taşı geçiyormuş gibi, düzensiz aralıklı, sert ve çatırtılı bir ses. Yataktan gelen uğultu süreklidir ve tek frekanslıdır; kavitasyon sesi ise rastgele, patlamalı ve geniş bantlıdır. Vanayı kısıp debiyi düşürdüğünüzde emiş kavitasyonunun sesi belirgin biçimde azalır, oysa mekanik kaynaklı ses değişmez. Bu tek test bile teşhisin yarısını yapar.

İkinci göstergeler ölçüm cihazıyla görülür. Basma manometresinde iğne 0,3 ila 1,0 bar aralığında salınır, debimetre okuması yüzde 5 ila 20 arasında oynar, pens ampermetre motor akımında yüzde 3 ila 10 mertebesinde ritimsiz dalgalanma gösterir. Şiddetli kavitasyonda pompa hiç basmaz hâle gelir; buna sahada "kilitlenme" denir ve çarkın gözü tamamen buharla dolmuştur. Basma tarafındaki ölçüm noktası için /urunler/tesisat-ekipmanlari/manometre grubundan sönümlü, gliserinli tip seçilmesi okumayı kolaylaştırır.

05Kavitasyon nasıl anlaşılır: ses dışındaki kanıtlar nelerdir?

Kavitasyon nasıl anlaşılır sorusunun ölçüme dayalı cevabı titreşim spektrumundadır. Mekanik arızalar spektrumda keskin ve ayrık tepeler üretir: balanssızlık devir frekansında, eksen kaçıklığı iki katında, yatak hasarı kendi geçiş frekanslarında görünür. Kavitasyon ise tam tersine, 2 kilohertz ile 20 kilohertz arasında yükselen geniş bantlı bir gürültü halısı oluşturur. Spektrumun tabanı kalkar, belirgin bir tepe çıkmaz.

Pompa titreşim ölçümü ile kavitasyon teşhisi yaparken ivme birimini kullanmak gerekir. Hız birimindeki ölçüm 1000 hertz üzerini zaten süzer ve kavitasyonu tamamen kaçırır. Ölçüm noktası pompa emiş flanşına en yakın yatak gövdesidir ve sensör manyetik yerine vidalı bağlanmalıdır; manyetik taban yüksek frekansta sinyali kırpar. Sağlıklı bir pompada geniş bant ivme değeri tipik olarak 2 ila 4 g arasındadır; kavitasyon başladığında 8 ila 15 g bandına çıkar.

Üçüncü kanıt kaynağı sıcaklık ve akım kaydıdır. Kavitasyon halinde motor gücü ortalamada düşer çünkü pompa daha az su basmaktadır; ama anlık değerler oynak olduğu için sürücü ekranındaki güç okuması sabit durmaz. Frekans sürücülü setlerde kayıt fonksiyonu açılıp beş dakikalık güç eğrisi alınırsa, kavitasyonun tırtıklı imzası doğrudan görülür. Frekans kontrollü hidrofor gruplarında bu kayıt işlevi standarttır; ürün seçenekleri /urunler/pompa-sistemleri/kullanim-suyu-hidroforlari sayfasında listelenmektedir.

06Pompa neden çakıl sesi çıkarır ve bu ses nereden gelir?

Pompa neden çakıl sesi çıkarır sorusunun cevabı çöken kabarcıkların yarattığı basınç darbeleridir. Her kabarcık çöktüğünde çevresine küresel bir basınç dalgası yayılır; bu dalgaların birbirinden bağımsız ve rastgele zamanlarda oluşması, kulakta katı tanelerin metale çarpması izlenimi yaratır. Ses kaynağı çarkın kendisi değil, çevresindeki sıvı hacmidir; bu yüzden ses pompa gövdesinin her yerinden aynı şiddette duyulur.

Sesin şiddeti çöken kabarcık sayısıyla ve çökme bölgesindeki basınç farkıyla orantılıdır. Hafif kavitasyonda ses ancak gövdeye dinleme çubuğu dayandığında duyulur ve toplam ses seviyesini 2 ila 4 dB(A) yükseltir. Orta şiddette makine dairesinin içinde açıkça duyulur, artış 6 ila 10 dB(A) mertebesindedir. Şiddetli kavitasyonda kapı dışından duyulur ve ölçülen değer beyan edilen ses seviyesinin 12 ila 18 dB(A) üzerine çıkar. Bu üç kademe teşhis raporunda ayrı ayrı yazılmalıdır.

Ses konumu ayırt edici bir ipucudur. Emiş kavitasyonunda ses emiş ağzına yakın bölgede en yüksektir ve debi arttıkça şiddetlenir. Deşarj kavitasyonunda ses salyangoz diline ve basma ağzına yakın bölgede yoğunlaşır, debi azaldıkça şiddetlenir. Yatak kaynaklı seslerde ise kaynak motorla pompa arasındaki bölgededir ve debiden hiç etkilenmez. Dinleme çubuğuyla üç noktadan alınan basit bir karşılaştırma, çoğu vakada tipi tek başına belirler.

07Emiş kavitasyonu nedir ve hangi koşullarda oluşur?

Emiş kavitasyonu, pompanın emiş tarafındaki basıncın yetersiz kalması nedeniyle çark gözünde ve kanat emiş kenarında buhar oluşmasıdır. Klasik ve en sık görülen tiptir. Nedeni her zaman aynıdır: sistemin sunduğu emiş yükü, pompanın istediğinin altına inmiştir. Bu inişi yaratan etkenler emiş hattı kaybının artması, sıvı seviyesinin düşmesi, sıcaklığın yükselmesi veya debinin tasarım değerinin üzerine çıkmasıdır.

Debi artışı sahada en çok gözden kaçan nedendir. Pompanın istediği emiş yükü debinin karesine yakın bir hızla büyür; debi yüzde 30 artarsa istenen değer yaklaşık yüzde 70 artar. Aynı anda emiş hattı kaybı da debinin karesiyle büyüdüğü için sunulan değer düşer. İki eğri birbirine doğru koştuğu için, tasarımda 1,5 mSS marjı olan bir sistem debi yüzde 25 aştığında marjsız kalabilir. Basma vanası tam açık bırakılan her sistem bu riski taşır.

Emiş kavitasyonunun hasar izi çok belirgindir. Oyulma, çark kanatlarının emiş kenarında ve kanadın emme yüzeyinde, göz bölgesine yakın yerde başlar. Çark dışarı çıkarıldığında bu bölgede mat, gözenekli, kenarları keskin bir doku görülür; ileri vakalarda kanat ucu delinir ve kanat kökünde kopma başlar. Çark aşınması bu noktaya geldiğinde parça değişimi kaçınılmazdır, ama asıl iş kök nedeni gidermektir; yeni çark da aynı şartta aynı sürede yenilir.

08Deşarj kavitasyonu ve iç sirkülasyon neden farklı davranır?

Deşarj kavitasyonu, pompanın çok düşük debide, kapalıya yakın vanayla çalışması sonucunda salyangoz dili ile çark dış çapı arasındaki dar boşlukta sıvının aşırı hızlanması ve orada buhar oluşmasıdır. Emiş kavitasyonunun tam tersi bir koşulda ortaya çıkar: debi azaldıkça şiddetlenir. Basılan suyun büyük kısmı gövde içinde döner durur, dışarı çıkamaz ve sürekli enerji yükleyerek ısınır.

Bu tipe eşlik eden ikinci olay iç sirkülasyondur. Çok düşük debide kanat kanalındaki akım kararlılığını kaybeder; kanal içinde geri akış girdapları oluşur, girdabın merkezinde basınç düşer ve buhar çekirdeği doğar. Girdap kavitasyonu adı verilen bu biçim hem emiş gözünde hem çark çıkışında görülebilir. En iyi verim noktasının yüzde 40'ının altına inen her santrifüj pompa bu riski taşır; bazı yüksek özgül hızlı çarklarda eşik yüzde 60'a kadar çıkar.

Hasar izi tipi ele verir. Deşarj kavitasyonunda oyulma çark dış çapına yakın bölgede, kanadın basınç yüzeyinde ve salyangoz dilinin karşısındaki dar bölgede yoğunlaşır; salyangoz dilinin kendisinde de yenme görülür. İç sirkülasyonda ise oyulma kanat kanalının ortasında, akıma göre beklenmedik bir yerde çıkar. Emiş kenarı temizken kanat ortasında oyuk varsa neden emiş yükü değil, çalışma noktasıdır ve emiş hattını büyütmek hiçbir işe yaramaz.

09Kanat geçiş ve türbülans kavitasyonu nasıl ayırt edilir?

Kanat geçiş kavitasyonu, çark kanat ucunun salyangoz diline her yaklaşmasında oluşan ani basınç darbesinin buhar oluşturmasıdır. İmzası tamamen düzenlidir: titreşim spektrumunda kanat sayısı çarpı devir frekansında keskin bir tepe ve onun harmonikleri görülür. Beş kanatlı bir çark 2900 devir bölü dakikada dönüyorsa bu frekans 5 × 48,3 = 241,5 hertz olur. Bu tepenin genliği yatak titreşiminin üçte birinden büyükse boşluk yetersizdir.

Standart çözüm çarkın dış çapını torna ile küçültmektir. Çark ile dil arası boşluk, çark çapının yüzde 4'ünden küçük olmamalıdır; alçak basmalı pompalarda yüzde 6, yüksek basmalılarda yüzde 10 hedeflenir. Çap küçültmenin bedeli basma yüksekliğidir: yüzde 5 çap küçültme, benzerlik kurallarına göre basma yüksekliğini yaklaşık yüzde 10 düşürür. Bu kayıp önceden hesaplanıp sistem eğrisine karşı kontrol edilmelidir.

Türbülans kavitasyonu ise geometri hatasından doğar. Emiş flanşına doğrudan yapıştırılmış dirsek, kısılmış vana, tıkalı süzgeç veya eksantrik yerine konsantrik takılmış redüksiyon, çark gözüne düzensiz ve dönmeli bir akım gönderir. Akım alanındaki yerel hız tepeleri basıncı noktasal olarak buhar basıncının altına indirir. Bu tipte sistemin hesaplanan emiş yükü marjı yeterli görünür, buna rağmen pompa kavite eder; hesapla saha çeliştiğinde ilk bakılacak yer emiş geometrisidir.

10Kavitasyon pompaya ne zarar verir ve hasar ne kadar sürede oluşur?

Kavitasyon pompaya ne zarar verir sorusunun cevabı üç kalemdir: çarkta ve gövdede malzeme kaybı, mekanik salmastra ile yataklarda erken yorulma, ve verim düşüşünden doğan enerji kaybı. Bu üçü aynı anda ilerler. Malzeme kaybı en görünür olanıdır, ama işletme maliyetini en çok artıran genellikle salmastra ve yatak değişimleridir.

Hasarın hızı şiddete ve malzemeye bağlıdır. Hafif kavitasyonda ölçülebilir oyulma için 12 ila 24 ay geçmesi gerekir. Orta şiddette 3 ila 6 ay içinde kanat kenarında gözle görülür doku bozulması başlar. Şiddetli kavitasyonda gri döküm çarkta 4 ila 8 hafta içinde delinme görülebilir. Malzeme direnci sırayla artar: gri döküm en zayıf, bronz orta, paslanmaz çelik iyi, dubleks paslanmaz ve stellit kaplama en dayanıklıdır. Paslanmaz çark, gri döküme göre 4 ila 8 kat daha uzun dayanır.

Dolaylı hasar sıklıkla asıl arızayı yaratır. Kabarcık çökmesinin ürettiği eksenel darbeler mil boyunca yataklara iletilir; rulman ömrü yüzde 40 ila 70 kısalır. Mekanik salmastranın karşılıklı yüzleri arasındaki sıvı filmi buharlaştığında kuru sürtünme oluşur ve karbon yüz saatler içinde çatlar. Salmastradan damlama ile başlayan çoğu vakanın kök nedeni budur. Ürün seviyesinde çözüm aramadan önce emiş şartını düzeltmek gerekir; aksi hâlde her değişen parça aynı ömrü tekrarlar.

11Numaralı teşhis prosedürü nasıl uygulanır?

Kavitasyon teşhisi sırayla uygulanan on adımlık bir prosedürle yapılır. Adımlar ölçüm gerektirenden basit olana değil, ucuzdan pahalıya doğru dizilmiştir; çoğu vaka ilk dört adımda çözülür. Prosedürün amacı yalnız kavitasyon var mı sorusuna değil, hangi tip sorusuna da cevap vermektir.

• Birinci adım: pompa etiketinden debi, basma yüksekliği, devir ve güç değerlerini yaz; proje değerleriyle karşılaştır.
• İkinci adım: emiş ve basma manometrelerini eş zamanlı oku, iğne salınımının genliğini bar cinsinden not et.
• Üçüncü adım: basma vanasını yavaşça kıs, sesin arttığını mı azaldığını mı kaydet; azalıyorsa emiş, artıyorsa deşarj kavitasyonu düşün.
• Dördüncü adım: emiş hattındaki süzgeci sök ve temizliğini gör, körüklü flexin iç sargısının çökmediğini doğrula.
• Beşinci adım: akışkan sıcaklığını daldırma termometreyle ölç, etiket değeriyle değil gerçek değerle hesap yap.
• Altıncı adım: emiş deposundaki sıvı seviyesini ve pompa ekseninin kotunu metre ile ölç, projeye güvenme.
• Yedinci adım: emiş hattındaki toplam kaybı borulama krokisine göre hesapla; sunulan emiş yükünü bul.
• Sekizinci adım: pompa eğrisinden çalışma debisindeki istenen emiş yükünü oku, farkı marj olarak yaz.
• Dokuzuncu adım: ivme birimiyle 20 kilohertze kadar titreşim spektrumu al; geniş bant tabanı ile kanat geçiş tepesini ayır.
• Onuncu adım: fırsat bulunduğunda çarkı sök, oyulmanın yerini fotoğrafla ve tabloya göre tipi doğrula.

Prosedürün çıktısı tek satırlık bir hükümdür: hangi tip kavitasyon, hangi kök neden, hangi müdahale. Bu hüküm yazılmadan parça değişimine geçilmemelidir. Sahada en sık yapılan hata, teşhis tamamlanmadan çark siparişi vermektir; yeni çark takılır, sistem aynı kalır ve dört ay sonra aynı ses geri döner.

12Kavitasyon önleme yöntemleri nelerdir ve hangisi ne kadar kazandırır?

Kavitasyon önleme yöntemleri iki gruba ayrılır: sistemin sunduğu emiş yükünü artıranlar ve pompanın istediği emiş yükünü azaltanlar. Birinci grup borulama ve kot müdahaleleridir, ikinci grup pompa seçimi ve devir müdahaleleridir. Doğru çözüm çoğu zaman ikisinin birleşimidir; tek başına devir düşürmek debiyi de düşürdüğü için her sistemde kabul edilebilir değildir.

Aşağıdaki tablo, her yöntemin tipik bir sistemde sağladığı kazancı sayıyla verir. Değerler 60 metreküp bölü saat debili, 12 metre uzunluğunda emiş hattına sahip, açık depodan emen bir sistem için hesaplanmıştır. Kendi sisteminize uygularken hız ve uzunluk oranlarına göre ölçekleyin; kayıplar hızın karesiyle, kot farkı ise birebir ölçeklenir.

Tablodaki en yüksek getirili kalem hemen daima emiş çapının büyütülmesidir. Emiş hattı çapı büyütmek kavitasyonu önler mi sorusunun cevabı, kaybın toplam bütçedeki payına bağlıdır: emiş hattı kaybı 1 mSS'nin altındaysa çap büyütmek işe yaramaz, kök neden başka yerdedir. Kayıp 3 mSS'nin üzerindeyse çap büyütme tek başına çözüm olabilir.

13Emiş hattı tasarımının altın kuralları nelerdir?

Emiş hattı tasarımı, kavitasyonu önlemede pompa seçiminden daha belirleyicidir. Kural seti kısadır ve her projede aynıdır. Emiş borusu her zaman basma borusundan en az bir kademe büyük seçilir; emiş hızı 1,2 ila 1,8 metre bölü saniye bandında tutulur, hiçbir koşulda 2,4 metre bölü saniyeyi aşmaz. Basma tarafında 2,0 ila 3,0 metre bölü saniye kabul edilebilir, ama emişte aynı hız kavitasyon davetiyesidir.

Geometri kuralları da nettir. Pompa emiş flanşından önce, boru çapının 5 ila 10 katı uzunlukta düz boru bırakılır. Çap değişimi eksantrik redüksiyonla ve düz tarafı yukarı gelecek şekilde yapılır; konsantrik redüksiyon üstte hava cebi oluşturur. Emiş hattı pompaya doğru sürekli yükselen eğimle döşenir, hiçbir noktada tepe yapmaz. Dirsek kullanılacaksa uzun radüslü tip seçilir ve emiş flanşına yapıştırılmaz.

Depo tarafında da üç kural vardır. Emiş ağzı, girdap oluşumunu önlemek için minimum daldırma derinliğinin altında kalmalıdır; pratik ölçüt, emiş çapının 3 ila 5 katıdır. Emiş ağzı taban ile arasında çapın yarısı ile bir katı kadar boşluk bırakılır. Depoya dolum ağzı ile emiş ağzı mümkün olduğunca birbirinden uzak konumlandırılır, aksi hâlde dolum sırasında sürüklenen hava doğrudan pompaya gider. Sirkülasyon hatlarında pompa yerleşimi için /urunler/pompa-sistemleri/sirkulasyon-pompalari sayfasındaki montaj notları da aynı ilkeyi tekrar eder.

14Devir düşürmek kavitasyonu azaltır mı?

Devir düşürmek kavitasyonu azaltır mı sorusunun cevabı evettir ve etkisi güçlüdür, çünkü pompanın istediği emiş yükü devrin karesiyle ölçeklenir. Devir yüzde 20 düşürüldüğünde istenen değer 0,8² = 0,64 katına, yani yüzde 36 azalmış olur. Aynı anda debi yüzde 20, basma yüksekliği yüzde 36, güç ise yüzde 49 azalır. Kazanç bedavaya gelmez; sistem bu düşük debiyle işini görebiliyorsa yöntem uygulanabilir.

Sayısal örnek net gösterir. Katalogda 2900 devir bölü dakikada 5,5 mSS emiş yükü isteyen bir pompa, 2320 devir bölü dakikaya indirildiğinde 5,5 × 0,64 = 3,52 mSS ister. Sunulan değer 4,96 mSS ise, önceki durumda 0,54 mSS eksik olan sistem yeni devirde 1,44 mSS marj kazanır. Buna karşılık debi 60 metreküp bölü saatten 48 metreküp bölü saate iner. Süreç bu debiyi kaldırıyorsa çözüm hem ucuz hem hızlıdır.

Frekans sürücüsüyle çalışan setlerde bu ayar dakikalar içinde yapılabilir. Ancak sürücünün minimum frekans sınırı, motor soğutma kapasitesi ve sistemin statik yükü kontrol edilmelidir. Statik yükü yüksek bir hatta devir düşürmek çalışma noktasını hızla kapalıya kaydırır ve bu kez deşarj kavitasyonu başlar. Devir müdahalesi her zaman sistem eğrisi üzerinde doğrulanmalı, yalnız pompa eğrisine bakılarak yapılmamalıdır.

15Sayısal örnek 1: emiş çapı büyütülerek kurtarılan sistem

Sistem verileri şöyledir: açık depodan emen bir pompa, debi 60 metreküp bölü saat, su sıcaklığı 20 santigrat derece, pompa ekseni sıvı seviyesinin 1,5 metre üzerinde, emiş hattı 12 metre uzunluğunda DN80, iki adet dirsek ve bir süzgeç mevcut, toplam yerel direnç katsayısı 3,5. Pompanın istediği emiş yükü bu debide 5,5 mSS'dir.

Önce hız bulunur. DN80 için kesit alanı A = π × 0,08² / 4 = 0,005027 metrekare, debi 60 / 3600 = 0,01667 metreküp bölü saniye. Hız v = 0,01667 / 0,005027 = 3,32 metre bölü saniye. Hız yüksekliği v²/2g = 3,32² / 19,62 = 0,562 mSS. Sürtünme katsayısı 0,02 alınırsa boru kaybı katsayısı λL/D = 0,02 × 12 / 0,08 = 3,0 olur. Toplam kayıp h = (3,0 + 3,5) × 0,562 = 3,65 mSS.

Sunulan emiş yükü hesabı: atmosfer basıncı yüksekliği 101325 / (998,2 × 9,81) = 10,35 mSS, buhar basıncı yüksekliği 2340 / (998,2 × 9,81) = 0,24 mSS. Sunulan değer = 10,35 − 0,24 − 1,50 − 3,65 = 4,96 mSS. İstenen değer 5,5 mSS olduğuna göre sistem 0,54 mSS eksiktedir. Marj negatif olduğu için pompa kavite eder; sahadaki çakıl sesi ve yüzde 8 debi salınımı bu hesapla birebir örtüşür.

Çözüm olarak emiş hattı DN125'e büyütülür. Yeni kesit A = π × 0,125² / 4 = 0,01227 metrekare, hız v = 0,01667 / 0,01227 = 1,36 metre bölü saniye, hız yüksekliği 1,36² / 19,62 = 0,094 mSS. Boru katsayısı 0,02 × 12 / 0,125 = 1,92 olur, yerel direnç katsayısı 3,5 kalır. Yeni kayıp h = (1,92 + 3,5) × 0,094 = 0,51 mSS. Sunulan değer = 10,35 − 0,24 − 1,50 − 0,51 = 8,10 mSS.

Sonuç yorumu: marj 8,10 − 5,5 = 2,60 mSS olur. Bu değer güvenli tasarım bandının üzerindedir ve sistem sıcaklık ya da seviye değişimlerine karşı da tampon kazanmıştır. Tek bir çap kademesi, 3,14 mSS'lik bir iyileşme sağlamıştır. Aynı sonucu pompayı 3 metre aşağı alarak da elde etmek mümkündü, ama makine dairesi kotu buna izin vermiyordu; boru büyütmek burada hem daha ucuz hem daha hızlıdır.

16Sayısal örnek 2: sıcaklık artışı marjı nasıl yer?

İkinci örnek, birinci örnekteki DN125'e büyütülmüş sistemin sıcak su hattında kullanılması hâlini inceler. Sıcak suda kavitasyon neden artar sorusunun cevabı bu hesabın içindedir: buhar basıncı yükseldikçe sunulan emiş yükünden düşülen kalem büyür ve marj hızla erir. Debi, kot ve borulama aynı kalmaktadır; değişen tek şey sıcaklıktır.

Yirmi santigrat derecedeki başlangıç değeri 8,10 mSS idi. Altmış santigrat dereceye çıkıldığında buhar basıncı 19900 pascal, yoğunluk 983,2 kilogram bölü metreküp olur. Atmosfer yüksekliği 101325 / (983,2 × 9,81) = 10,51 mSS, buhar basıncı yüksekliği 19900 / (983,2 × 9,81) = 2,06 mSS. Viskozite düştüğü için kayıp 0,49 mSS'ye iner. Sunulan değer = 10,51 − 2,06 − 1,50 − 0,49 = 6,46 mSS. Marj 6,46 − 5,5 = 0,96 mSS'ye düşmüştür; hâlâ pozitif ama güvenli bandın altındadır.

Seksen santigrat derecede tablo tersine döner. Buhar basıncı 47400 pascal, yoğunluk 971,8 kilogram bölü metreküp. Atmosfer yüksekliği 101325 / (971,8 × 9,81) = 10,63 mSS, buhar basıncı yüksekliği 47400 / (971,8 × 9,81) = 4,97 mSS, kayıp 0,48 mSS. Sunulan değer = 10,63 − 4,97 − 1,50 − 0,48 = 3,68 mSS. İstenen 5,5 mSS olduğuna göre eksik 1,82 mSS'dir. Boruyu büyüterek kurtarılan sistem, yalnız sıcaklık yükseldiği için yeniden kavitasyona girmiştir.

Çözüm bu noktada borulamada değil, kot ve seçimdedir. Pompa sıvı seviyesinin 1,5 metre üzerinden 1,0 metre altına indirilirse kot kalemi eksi 1,50'den artı 1,00'e döner ve sunulan değer 6,18 mSS olur; marj 0,68 mSS'dir, hâlâ yetersiz. Buna ek olarak emiş kenarı uzatılmış çarklı bir model seçilip istenen değer 5,5'ten 3,6 mSS'ye indirildiğinde marj 2,58 mSS'ye çıkar ve sistem güvenli hâle gelir. Sıcak su hatlarında pompanın basınçlı kaptan aşağıda konumlandırılması bu yüzden standarttır.

17Hangi pompa tipleri kavitasyona daha dayanıklıdır?

Kavitasyona dayanıklılık iki ayrı özelliğin toplamıdır: düşük emiş yükü isteyen hidrolik tasarım ve kavitasyon oyulmasına direnen malzeme. Bu iki özellik bağımsızdır; paslanmaz gövdeli bir pompa kötü tasarlanmış bir emiş gözüne sahipse yine kavite eder, sadece daha uzun süre dayanır. Seçimde ikisine birden bakmak gerekir.

Hidrolik tarafta belirleyici parametre çark gözü çapı ve emiş kenarı geometrisidir. Geniş gözlü, emiş kenarı öne uzatılmış, giriş açısı akıma uyumlu çarklar daha az emiş yükü ister. Çok kademeli dikey pompalarda ilk kademe çarkı bu amaçla farklı tasarlanır; Grundfos CR ailesinde düşük emiş yükü isteyen sürümler bu ilkeye dayanır ve tipik olarak standart sürüme göre yüzde 30 ila 50 daha az emiş yükü ister. Seçenekler /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasındadır.

Uygulama tipine göre pratik sıralama şöyledir. Blok tip uçtan emişli modellerde Grundfos NB ailesi standart bina uygulamalarında yeterli marj sunar. Inline sirkülasyon uygulamalarında Grundfos TP ailesi basınçlı kapalı devrede çalıştığı için kavitasyon riski düşüktür. Kompakt yatay çok kademeli Grundfos CM ailesi düşük kotlu depo emişlerinde tercih edilir. Paslanmaz gövdeli Grundfos CRN sürümü agresif ve sıcak akışkanlarda oyulma direnci verir. Atık su tarafında Grundfos SE dalgıç ailesi zaten daldırma çalıştığı için emiş yükü sorunu yaşamaz; oradaki risk kuru çalışmadır. Ürün ailelerinin karşılaştırması için /blog/endustriyel-pompa-secim-kriterleri yazısı ayrıca okunabilir.

18Çark aşınması nasıl değerlendirilir ve ne zaman değişir?

Çark aşınması, oyuk derinliğinin kanat et kalınlığına oranıyla değerlendirilir. Ölçüm derinlik komparatörü veya silikon kalıp alınarak yapılır; gözle tahmin güvenilir değildir. Karar eşiği basittir: oyuk derinliği et kalınlığının yüzde 30'unu aştıysa çark değişmelidir, yüzde 15 ila 30 arasındaysa izlemeye alınır ve altı ay sonra tekrar ölçülür.

Kanat ucundaki kayıp ayrı değerlendirilir. Kanat çıkış çapından yüzde 2'den fazla malzeme kaybı, basma yüksekliğinde yaklaşık yüzde 4 düşüş demektir ve dengesiz aşınma radyal titreşimi artırır. Çark gözündeki aşınma halkası boşluğu da kontrol edilmelidir; boşluk tasarım değerinin iki katına çıktığında hacimsel verim yüzde 5 ila 12 arasında düşer ve iç sirkülasyon artarak kavitasyonu besler.

Tamir mi değişim mi kararı maliyet ve kritiklik üzerinden verilir. Küçük yüzeysel oyuklar epoksi esaslı seramik dolgu ile onarılabilir; bu çözüm 12 ila 24 ay kazandırır ve kök neden giderilmişse kalıcı olabilir. Kaynakla dolgu yalnız paslanmaz çarklarda ve balans sonrası kabul edilir. Kanat kökünde çatlak varsa tamir yasaktır; çatlak yorulma ile ilerler ve çalışırken kopan kanat parçası pompayı toplu hasara götürür.

19Sık yapılan 5 hata

Kavitasyon vakalarında tekrarlanan hataların büyük çoğunluğu beş başlıkta toplanır. Bu beş hata, teşhis süresini uzattığı gibi çoğu zaman ikinci bir arızayı da doğurur. Her birinin doğrusu yanında verilmiştir.

• Birinci hata: sesi susturmak için emiş vanasını kısmak. Bu müdahale emiş kaybını artırır ve kavitasyonu şiddetlendirir. Debi düşürülmesi gerekiyorsa kısma işlemi her zaman basma tarafından yapılır.
• İkinci hata: teşhis yapmadan çark değiştirmek. Kök neden sistemdeyse yeni çark aynı sürede yenir. Önce sunulan ve istenen emiş yükü hesaplanır, sonra parça sipariş edilir.
• Üçüncü hata: hesabı etiket sıcaklığıyla yapmak. Gerçek akışkan sıcaklığı 20 derece yerine 70 derece ise buhar basıncı kalemi 0,24 mSS'den 3,15 mSS'ye çıkar ve hesap tamamen yanlış çıkar.
• Dördüncü hata: emiş flanşına doğrudan dirsek bağlamak. Çark gözüne dönmeli akım gider, hesapta görünmeyen türbülans kavitasyonu doğar. Çapın 5 ila 10 katı düz boru zorunludur.
• Beşinci hata: pompayı sürekli düşük debide çalıştırmak. En iyi verim noktasının yüzde 40'ının altındaki her çalışma deşarj kavitasyonu ve iç sirkülasyon riski taşır. Gerekiyorsa sabit debili bir baypas hattı açılır.

20Devreye alma kontrol listesi

Devreye alma sırasında yapılan on kontrol, kavitasyon vakalarının büyük kısmını daha ilk gün önler. Liste ISO 9906 kabul deneyi ve EN 809 güvenlik gerekleriyle uyumludur; her madde imzalı forma işlenmelidir.

• Emiş hattı çapı ve uzunluğu projeye göre doğrulandı, ölçülen emiş hızı 1,8 metre bölü saniyenin altında.
• Eksantrik redüksiyon düz tarafı yukarı gelecek şekilde takıldı, hava cebi bırakmadı.
• Emiş flanşı öncesinde çapın en az 5 katı düz boru mevcut, dirsek doğrudan bağlanmadı.
• Emiş süzgeci temiz, serbest geçiş alanı boru kesitinin en az 3 katı.
• Emiş vanası tam açık ve açık konumda kilitli; ayar organı basma tarafında.
• Pompa gövdesi ve emiş hattı tam dolduruldu, hava tahliye tapası su gelene kadar açık tutuldu.
• Emiş ve basma manometreleri takıldı, gliserinli tip, ölçüm aralığı çalışma basıncının 1,5 katı.
• Akışkan sıcaklığı ölçüldü ve hesapta kullanılan buhar basıncı bu değere göre güncellendi.
• İlk çalıştırmada 15 dakika boyunca ses, akım ve basınç kaydı alındı; salınım genliği yazıldı.
• Kabul öncesi ivme birimiyle titreşim ölçümü yapıldı, geniş bant değeri 4 g altında raporlandı.

21Sık Sorulan Sorular

Pompa kavitasyonu nedir, tek cümleyle nasıl tanımlanır?

Pompa kavitasyonu, akışkanın basıncının o sıcaklıktaki buhar basıncının altına düşerek buhar kabarcığı oluşturması ve bu kabarcıkların yüksek basınç bölgesinde çökerek metale mikro jet çarpmasıdır. Sonucu gürültü, titreşim, verim kaybı ve çarkta oyulmadır. Kaynağı ısı değil basınç düşüşüdür ve çözümü emiş şartlarını düzeltmekten geçer.

Kavitasyon sesi nasıl bir sestir, yatak sesinden nasıl ayrılır?

Kavitasyon sesi, pompanın içinden çakıl veya mermer taşı geçiyormuş gibi düzensiz aralıklı, sert ve çatırtılı bir sestir. Yatak sesi ise sürekli, tek tonlu bir uğultudur. Ayırt etme testi basittir: basma vanası kısıldığında emiş kavitasyonunun sesi belirgin biçimde azalır, yatak sesi ise hiç değişmez.

Kavitasyon nasıl anlaşılır, ölçüm yapmadan karar verilebilir mi?

Ölçüm yapmadan yalnız güçlü bir şüphe kurulabilir, karar verilemez. Ses, debi salınımı ve akım dalgalanması üçlüsü bir arada görülüyorsa şüphe yüksektir. Kesin hüküm için emiş ve basma basınçlarının eş zamanlı okunması ve ivme birimiyle 20 kilohertze kadar titreşim spektrumu alınması gerekir.

Emiş hattı çapı büyütmek kavitasyonu önler mi, her zaman işe yarar mı?

Her zaman işe yaramaz; etkisi emiş hattı kaybının toplam bütçedeki payına bağlıdır. Kayıp 3 mSS üzerindeyse bir çap kademesi büyütme 1,5 ila 3,5 mSS kazandırır ve çoğu vakayı tek başına çözer. Kayıp 1 mSS altındaysa kök neden kot, sıcaklık veya çalışma noktasıdır; boru büyütmek para israfıdır.

Sıcak suda kavitasyon neden artar, kaç derecede tehlike başlar?

Buhar basıncı sıcaklıkla üstel arttığı için sunulan emiş yükünden düşülen kalem hızla büyür. Su 20 derecede 0,24 mSS, 60 derecede 2,06 mSS, 80 derecede 4,97 mSS buhar basıncı yüksekliğine sahiptir. Açık depodan emen sistemlerde 60 derece üzerinde pompanın sıvı seviyesinin altına alınması pratik bir zorunluluk hâline gelir.

Devir düşürmek kavitasyonu azaltır mı, kaç puan kazandırır?

Azaltır ve etkisi güçlüdür, çünkü istenen emiş yükü devrin karesiyle ölçeklenir. Devir yüzde 20 düşürüldüğünde istenen değer yüzde 36 azalır; 5,5 mSS isteyen bir pompa 3,52 mSS'ye iner. Bedeli debinin yüzde 20 düşmesidir. Süreç bu debiyle çalışabiliyorsa yöntem en hızlı ve en ucuz çözümdür.

Deşarj kavitasyonu ile emiş kavitasyonu nasıl ayırt edilir?

Debi testi ikisini kesin ayırır. Emiş kavitasyonu debi arttıkça şiddetlenir ve hasarı kanat emiş kenarında, göz bölgesinde bırakır. Deşarj kavitasyonu debi azaldıkça şiddetlenir ve hasarı çark dış çapında, salyangoz dilinin karşısında bırakır. Emiş kenarı temizken kanat ortasında oyuk varsa neden çalışma noktasıdır, emiş şartı değildir.

Kavitasyon pompaya ne zarar verir, ne kadar sürede kalıcı hasar oluşur?

Çarkta ve gövdede malzeme kaybı, salmastra ile yataklarda erken yorulma, verim ve debi düşüşü yaratır. Hafif kavitasyonda gözle görülür oyulma 12 ila 24 ayda oluşur; şiddetli kavitasyonda gri döküm çark 4 ila 8 haftada delinebilir. Rulman ömrü yüzde 40 ila 70 arasında kısalır ve mekanik salmastra saatler içinde çatlayabilir.

Pompa titreşim ölçümü ile kavitasyon teşhisi nasıl doğru yapılır?

Ölçüm ivme birimiyle ve 20 kilohertze kadar alınmalı, sensör emiş tarafına en yakın yatak gövdesine vidalı bağlanmalıdır. Hız birimindeki ölçüm yüksek frekansı süzdüğü için kavitasyonu kaçırır. Sağlıklı pompada geniş bant değeri 2 ila 4 g arasındadır; kavitasyonda 8 ila 15 g bandına çıkar ve spektrumun tabanı belirgin biçimde yükselir.

Çark aşınması hangi noktada parça değişimini zorunlu kılar?

Oyuk derinliği kanat et kalınlığının yüzde 30'unu aştığında çark değişmelidir. Yüzde 15 ila 30 bandı izlemeye alınır ve altı ay sonra yeniden ölçülür. Kanat kökünde çatlak varsa tamir yasaktır, doğrudan değişim gerekir. Yüzeysel oyuklar epoksi seramik dolguyla onarılabilir ve kök neden giderilmişse bu onarım kalıcı olabilir.

Kavitasyon, doğru teşhis edildiğinde çözülmesi en kolay pompa arızalarından biridir; yanlış teşhis edildiğinde ise her altı ayda bir çark değiştirerek yıllarca sürer. Sisteminizin emiş hattı krokisini, akışkan sıcaklığını ve pompa etiket bilgilerini iletirseniz, Vekron Mekanik mühendislik ekibi sunulan ve istenen emiş yükünü hesaplayıp uygun çözümü sayısal olarak raporlar. Ürün seçenekleri /urunler/pompa-sistemleri sayfasında, teklif ve saha keşfi talepleri için /iletisim sayfasındaki iletişim kanalları kullanılabilir.