MK 407 HİDROLİK MAKİNELER DERS NOTLARI DERSİN KAPSAMI

1. GİRİŞ2. HİDROLİK MAKİNELERİN TEORİSİ 3. POMPALAR4. TÜRBİNLER

KAYNAKLAR

[ 1 ] ÇENGEL, Yunus A., CIMBALA, John M.; Akışkanlar Mekaniği; Güven Bilimsel 2007. [ 2 ] EDİS Hidrolik Makinalar Ders Notları[ 3 ] EDİS, K. ,TEKİN, Y. ; Akım Makinaları Pfleiderer & Petermann, İ.T.Ü. Müh. Mim. Fak. Yayını,1978 [ 4 ] ÖZGÜR, C. , YAZICI, H. F. , Pompalar, Vantilatörler, Kompresörler, A. de Kovats & G. Desmur, İ.T.Ü. Kütüphanesi Sayı : 1538 (III. Baskı), 1994 [ 5 ] BAYSAL, B.K. ,Tam Santrifüj Pompalar, Hesap, Çizim ve Konstrüksiyon Özellikleri, İ.T.Ü. Kütüphanesi Sayı : 1038,1975 [ 6 ] FELSCH, K. O.; Vorlesung Strömungsmaschinen ; Universitaet Karlsruhe 1982.[ 7 ] BOHL, Willi ; Strömungsmaschinen 1 und 2 ; Vogel Buchverlag 1998.

1. GİRİŞ1.1. GENEL

Akım makinesi içinden sıvı ya da gaz akışkanın geçmesi sırasında mekanik enerji ile akış enerjisinin birbirine dönüştüğü makinedir. Bir akım makinesinin görevi, ya doğada mevcut enerjiyi bir kuvvet makinesi olarak mekanik enerjiye dönüştürmek, yada iş makinesi olarak akışkana enerji vermektir. Mekanik enerjiyi (hareket enerjisini) akış enerjisine veya hidrolik enerjiye dönüştüren makineler İş Makineleridir, bunlara örnek olarak sıvı akışkanlarda POMPA, gaz akışkanlarda KOMPRESÖR, FAN veya VANTİLATÖR verilebilir.

Akışkandan enerji çeken yani akış enerjisini veya hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye (hareket enerjisine) dönüştüren makineler Kuvvet Makineleridir, bunlara örnek olarak sıvı akışkanlarda SU TÜRBİNİ, gaz akışkanlarda RÜZGAR, BUHAR veya GAZ TÜRBİNİ verilebilir.

1.2. AKIM MAKİNELERİNİN SINIFLANDIRILMASI, ÖZELLİKLERİ

SINIFLANDIRILMASI

1.2.1. Enerji Dönüşümüne GöreKuvvet Makinelerinde Akış Enerjisi Mekanik Enerjiye dönüşür. Örnek :

Türbinler.İş Makinelerinde Mekanik Enerji Akış Enerjisine dönüşür. Örnek : Pompa, Vantilatör.

Özgül akış enerjisi Bernoulli sabitine eşittir :

Sıkıştırılamaz akışkanlarda : = sabit

1

Pompalarda dışarıdan verilen mekanik enerji ile akışkanın enerjisi arttırılır. Akış enerjisi yükselişi genelde giriş ile çıkış arasında basınç yükselişi olarak kendini gösterir. Pompanın teknik görevi bu basınç yükselişi ile sistemin basınç düşüşünü karşılamaktır.Türbinlerde ise tersine olarak akışkanın enerjisi çekilir ve bir çark mili üzerinden mekanik enerji olarak dışarıya verilir. Türbinde enerji düşüşü genelde basınç düşmesi olarak görülür.

1.2.2. Akışkanın Özelliğine GöreSıkıştırılabilir akışkanlar: Örneğin Kompresörlerde ve Gaz Türbinlerinde

hava; Buhar Türbinlerinde su buharı.Sıkıştırılamaz akışkanlar : Örneğin Pompalarda yağ veya su; Türbinlerde su.

1.2.3. Dönel Çarkın Tipine Göre* Radyal* Yarı radyal veya Yarı eksenel (Diyagonal)* Eksenel

1.2.4. Kademe Sayısına Göre * Tek Çarklı (Tek Kademeli)* Birden fazla çarklı (Çok kademeli) : Aynı debi bir çok çarktan geçer.

1.2.5. Akış Sayısına Göre* Tek çarklı - Tek akışlı (Tek girişli)* Birden fazla çark paralel – Çok akışlı: Debi çarklardan geçen debilerin toplamıdır.

1.2.6. Çarkı Gövde içinde olan makineler: Örneğin Santrifüj Pompa, Su Türbini.Çarkı Gövde içinde olmayan makineler: Örneğin Uçak, Gemi Pervaneleri, Yel Değirmenleri.

ÖZELLİKLERİ1. Büyük akış hızları : Büyük güçlerde: küçük ölçülerde hafif makineler (avantaj) Küçük güçlerde: Çok dar akış alanları, zor imalat, büyük kayıplar (dezavantaj)2. Yüksek devir : Küçük ölçüler (avantaj) ;

Devir düşürücü dişli kutuları (dezavantaj)3. Küçük basınç değişimlerinde iyi verim (avantaj) ; Büyük basınç değişimlerinde fazla kademe (dezavantaj)

2

4. Santrifüj pompalar kendiliğinden emişli değildir (dezavantaj).5. Sürekli akış : Eşit formda hız dağılımı, gidip gelmeyen, salınım yapmayan kütleler, sabit hızda sarsıntısız dönen çark (avantaj)6. Basit Yapı : Sadece çark döndüğünden mekanik kayıplar azdır. Dizel motorlarına göre bakımı kolay ve ucuzdur (avantaj).

1.3. HİDROLİK MAKİNELERİN KAPSAMI, KULLANIM YERLERİKAPSAMI1. Sıvı Akışkanlar : Sıkıştırılamaz ( = sabit)

Örnek : Pompa, Türbin su = 1000 kg/m3

2. Gaz Akışkanlar : Giriş çıkış basınçları oranının 1,3 den az olması durumunda sıkıştırılamaz akışkan kabul edilebilir:

ise

Örnek: Vantilatör için hava = 1,2 kg/m3 alınabilir.KULLANIM YERLERİ1. Enerji Tekniğinde :

Hidroelektrik Santrallerde : Su TürbinleriTermik Santrallerde (Fosil veya Nükleer Yakıtlı) : Santrifüj Pompalar

2. Sulamada : Santrifüj Pompalar3. İşletmelerde : Santrifüj Pompalar, Vantilatörler4. Kurutma Tekniğinde : Vantilatörler5. Gemilerde : Pompalar6. Konutlarda : Pompalar, Vantilatörler7. Ateşleme Tekniğinde (Yanmada) : Vantilatörler, Pompalar

1.4. ANA DENKLEMLERHidrolik makineler için temel ders akışkanlar mekaniğidir. Diğer akım

makinelerinde (Buhar ve Gaz türbinleri, Kompresörler) ek olarak Termodinamik ve Gaz Dinamiği gelir. Dolayısıyla ana denklemler bu derslerde görülen :

1. Kütlenin (Maddenin) Korunumu veya Süreklilik Denklemi2. İmpulsun Korunumu veya Momentum Denklemi3. Enerji Denklemidir.

1.5. HİDROLİK MAKİNA SİSTEMLERİPOMPA SİSTEMİ

3

Şekil SM I 16Kabuller :

Akışkan sıkıştırılamaz Sürtünme var Tek fazlı akışkan Akış sürekli Sıcaklık sabit

Her iki kontrol hacmi pompa milini kesmektedir. Her iki sistem için özgül mil güçlerinin eşitliğinden :

Pompanın Basma (Manometrik) Yüksekliği :

Yeryüzünde g/g n = 1 ve = g n alınırsa; Pompa Basma Yüksekliği için pompa giriş ve çıkış büyüklükleri cinsinden :

Sistem giriş ve çıkış büyüklükleri cinsinden :

4

elde edilir. Son terim emme ve basma borularındaki sürekli ve yerel kayıpların toplamıdır.Pompa giriş ile çıkışı arasındaki konum enerjisi (potansiyel enerji) ve hız enerjisi (kinetik enerji) değişimi göz ardı edilebilir mertebede olduğunda :

olur.Akışkana aktarılan güç (Akış gücü, Hidrolik güç) :

ve pompayı çalıştırmak için gerekli olan güç (Mil gücü, Fren gücü) :

eşitlikleriyle bulunur. milin açısal hızı, M mil momentidir. Kayıplar nedeniyle Mil gücünün belli bir yüzdesi akışkana geçer. Dolayısıyla Pompa verimi :

elde edilir. Pompa tasarımcısının amacı pompa verimini mümkün olan en büyük debi aralığında mümkün olan en büyük değerde tutmaktır.

TÜRBİN SİSTEMİ Şekil SM I 22

Her iki kontrol hacmi türbin milini kesmektedir. Her iki sistem için özgül mil güçlerinin eşitliğinden :

Türbinin Net Düşüsü :

5

Yeryüzünde g/g n = 1 ve = g n alınırsa ve p I = p II , VI = VII = 0 olduğundan ; Türbin net düşüsü için makine giriş ve çıkış büyüklükleri cinsinden :

Sistem giriş ve çıkış büyüklükleri cinsinden :

elde edilir. Son terim cebri borulardaki sürekli ve yerel kayıpların ve difüzör çıkışı kaybının toplamıdır.Akışkana aktarılan güç (Akış gücü, Hidrolik güç) :

Kayıplar nedeniyle Akış gücünün belli bir yüzdesi mekanik güç olarak türbin milinden alınabilir. Dolayısıyla Türbin verimi :

elde edilir.Türbin milinden çekilen güç (Mil gücü, Fren gücü) :

eşitliğiyle bulunur. milin açısal hızı, M mil momentidir.

VANTİLATÖR SİSTEMİ

6

Kabuller : Akışkan sıkıştırılamaz ( p = p 2 – p 1 < 1962 N/m 2 ) Sürtünme var Tek fazlı akışkan Akış sürekli Sıcaklık sabit

Her iki kontrol hacmi vantilatör milini kesmektedir. Her iki sistem için özgül mil güçlerinin eşitliğinden :

Vantilatörün toplam basıncı :

Sıkıştırılamaz kabulüyle ( p = p 2 – p 1 < 1962 N/m 2 ) gazlarda basınç dağılımı doğrusaldır. Vantilatörde atmosferden alınıp atmosfere basıldığından :

ve VI = 0 olduğundan sistem büyüklükleri cinsinden toplam basınç ;

bulunur.

Son terim vantilatör (makine) dışında sistem basınç kayıpları toplamıdır.Vantilatör giriş ile çıkışı arasındaki konum enerjisi (potansiyel enerji) ve hız enerjisi (kinetik enerji) değişimi göz ardı edilebilir mertebede olduğundan :

dir.

7

Akışkana aktarılan güç (Akış gücü) :

ve pompayı çalıştırmak için gerekli olan güç (Mil gücü, Fren gücü) :

eşitlikleriyle bulunur. milin açısal hızı, M mil momentidir. Kayıplar nedeniyle Mil gücünün belli bir yüzdesi akışkana geçer. Dolayısıyla Vantilatör verimi :

elde edilir.

8