pompaakademisi

  • Yazıtipi boyutunu arttır
  • Varsayılan yazıtipi boyutu
  • Yazıtipi boyutunu azaltır
Reklam
Anasayfa 4. Uygulamalar 4.12. Su Darbesi

4.12. Su Darbesi

e-Posta

1. Genel

Sıvı ileten boru hatlarında akış hızındaki ani değişiklikler, boru içinde akan sıvı kütlesinin momentumunun değişmesine ve bunun sonucu olarak boru hattında basınç çalkantılarına sebep olur. “Su darbesi” olarak tanımlanan bu olay, boru hatlarında patlamaya veya çökmeye neden olabilmektedir. Su darbesi; içme suyu şebekeleri, endüstriyel su hatları, petrol-boru hatları, rafineri, petro-kimya tesisleri gibi uzun boru hatlarına sahip tesislerde önemli bir işletme problemidir.

 

 

Pompalı sistemlerde su darbesine neden olan olaylar şunlardır:

- Pompaya yol verme

- Pompayı durdurma

- Pompa hızının değiştirilmesi

- Vananın kapanması veya kısılması

- Şebeke elektriğinin kesilmesi

- Çek-valfin kapanması

- Vananın açılması

 

Şekil 1

Bir “depo-boru-vana” düzeninde (Şekil 1-a) vananın ani kapanması veya açılması, “pompa-boru-depo” düzeninde ise (Şekil 1-b) pompanın çalışması ve durmasından dolayı, hızdaki ani değişimin yaratıldığı kesitten başlayan ve boru içinde “a” hızıyla yayılan bir basınç dalgası oluşur. “a” hızı, ses hızı olarak ta adlandırılmaktadır. Basınç dalgası kapalı bir kesite (kapalı vana) veya basıncı sabit bir kesite (depo) ulaştığında bu kesitten yansır. Böylece “vana ile depo” arasında veya “pompa ile depo” arasında a hızıyla gidip gelen, borudaki basıncı ΔP kadar arttıran ve azaltan periyodik bir basınç dalgalanması oluşur. Su darbesindeki bu dalga hareketinin periyodu şöyle hesaplanır:

 

T: Periyot (sn)

L: Boru uzunluğu (m)

a: Ses hızı (m/sn)

 

Geçtiği kesitlerde sıvı basıncını arttıran basınç dalgası “sıkıştıran dalga” veya “pozitif dalga” olarak tanımlanır. Geçtiği kesitlerde basıncı azaltan basınç dalgası ise “genişleten dalga” veya “negatif dalga” olarak adlandırılır.

 

Kapalı kesitten (vana) yansıyan dalga esas dalganın aynıdır. Esas dalga pozitif ise yansıyan dalga da pozitif, esas dalga negatif ise yansıyan dalga da negatiftir. Sabit basınçlı kesitten (depo) yansıyan dalga ise esas dalganın tersidir. Esas dalga pozitif ise yansıyan dalga negatif, esas dalga negatif ise yansıyan dalga pozitif olur.

 

Basınç dalgasının “a” yayılma hızı; sıvının ve boru malzemesinin elastikliğine, boru geometrisine bağlı olarak hesaplanır.

 

a: Basınç dalgasının yayılma hızı (m/sn)

ρ: sıvının yoğunluğu (kg/m3)

K: Sıvının hacimsel sıkışma modülü (Pa) (Tablo 52, Tablo 63)

D: Boru iç çapı (m)

s: Boru et kalınlığı

E: Boru malzemesinin elastite modülü (Pa)

Çelik borularda su için a hızı 800 m/sn ile 1400 m/sn arasında olup ön projelerde yaklaşık 1200 m/sn alınabilir.

 

Tablo 1 Çeşitli tip borularda su akışı halinde su darbesi yayılma hızı (ses hızı)

 

2. Kapama zamanı ve şekline göre su darbesinin oluşumu

Kapama zamanı

Boru hattında debi değişiminin gerçekleştiği süre (vananın kapama süresi, pompanın durma süresi, çek-valfin kapanma süresi vb.) su darbesinin yarattığı basınç dalgasının şiddetini belirleyen önemli bir faktördür.

Kapama süresi (t), üç grupta sınıflandırılır.

a) Ani kapama       : t=0

b) Hızlı kapama      :

c) Yavaş kapama   :

t: Kapama süresi (sn)

L: Sabit çaplı boru uzunluğu (m)

a: Dalga yayılma hızı (m/sn)

 

 

Kapama şekli

a) Tam kapama: Kapama süresi sonunda akış kesiti tamamen kapatılmıştır.

Boruda kapama öncesi hız= V0

Boruda kapama sonrası hız= 0

 

b) Kısmi kapama: Kapama süresi sonunda akış kesiti kısmen kapatılarak kapama sonunda borudaki su hızı azaltılmıştır.

ΔV=V0-V

V0: kapama öncesi borudaki akış hızı

V: kısmi kapama sonrası borudaki akış hızı

ΔV: kısmi kapama sonunda su hızındaki azalma

Basınç dalgasının şiddeti ve gelişimi

Tablo 2’de; kapama süresi şekline bağlı olarak su darbesinin yarattığı basınç değişimleri verilmiştir. Yavaş kapamada kapama süresince, hızın zamanla doğrusal azaldığı kabul edilmiştir.

Tablo 2

ΔH: Su darbesinin yarattığı basınç değişiminin eş değeri yük (m);

ΔP: Su darbesinin yarattığı basınç değişimi (Pa)

L: Sabit çaplı boru uzunluğu (m)

ρ: Sıvı yoğunluğu (kg/m3)

g: Yerçekimi ivmesi (9,81 m/sn2)

t: Kapanma süresi (sn)

 

Su darbesi sırasında boru hattındaki basınç; (p+Δp) ile (p-Δp) arasında dalgalanır (p: boruda statik haldeki basınç (p=ρgH)).

 

Kapama süresinin kısaltılması, kapama öncesi hızın yüksek olması, boru hattının uzun olması, su darbesinin yarattığı basınç değişiminin (±Δp) yüksek olmasına sebep olur. Su darbesi sırasında sıkıştıran dalganın oluşturduğu (p+Δp) basınç artışı boru dayanım limitini aşarsa boru patlar. Genişleten dalganın yarattığı basınç azalması sonucu boruda oluşan (p-Δp) basıncının sıvının buharlaşma basıncından küçük olması halinde ise buharlaşma nedeniyle sıvı sütunu kopar. Birbirinden ayrılan sıvı kütlelerinin tekrar birleşmesi çök şiddetli yeni bir su darbesi yaratır. Su darbesinin düşük işletme basınçlı tesisatlara zarar verme olasılığı, yüksek işletme basınçlı tesisatlara göre daha yüksektir.

 

Boru hatlarında büyük bir risk oluşturan su darbesi için, proje aşamasında mutlaka “rijit kolon” veya “elastik kolon” teorilerine dayanan sayısal veya grafik yöntemler ile ayrıntılı hesap ve kontroller yapılmalıdır.

 

Şekil 2’de su darbesi sonucu boru hattında basıncın zamana ve konuma bağlı olarak değişimleri gösterilmiştir.

 

Şekil 2 –a Depo, boru vana düzeninde, değişik kesitlerdeki basıncın zamanla değişimi

 

 

Şekil 2-b Pompa-boru-depo düzeninde, değişik kesitlerdeki basıncın zamanla değişimi

 

Şekil 2-c Depo-boru-vana düzeninde, değişik zamanlarda boru boyunca basınç dağılımı (Boru hattındaki yük kayıpları ihmal edilmiştir.)

 

 

Şekil 2-d Pompa-boru-depo düzeninde, değişik zamanlarda boru boyunca basınç dağılımı. (Boru hattındaki yük kayıpları ihmal edilmiştir.)

 

3. Çek-valfli pompa tesisatları

Elektrik kesilmesi sonucu, dönen kütlelerin (pompa ve elektrik motoru) atalet momentine bağlı olarak pompa dönme hızı azalırken borudaki sıvı hızı da azalır. Pompa durduğunda (n=0) borudaki akış hızı da sıfır olur. Bu andan itibaren depo veya basma hattındaki karşı basınç etkisiyle pompaya doğru ters akış başlar. Hala açık olan çek-valf, ters akış hızının belirli bir değerinde aniden kapanır ve şiddetli bir su darbesi yaratır. Δp basınç artışını hesaplarken Δv=v0 değeri olarak, çek-valfin kapandığı andaki ters akış hızı dikkate alınır. Bu tür su darbesini engellemek için, çek-valfin kapama süresinin (elektrik kesilmesinden itibaren) pompanın duruş süresinden kısa olması yeterlidir. Bunun için pompanın duruş süresini arttıran volan ve/veya çalpara tipi çek-valf yerine kısa sürede, kontrollü kapanan özel tip çek-valf kullanmak gerekir.

 

4. Su darbesinin kontrolü ve alınacak önlemler

Bir pompa tesisatında aşağıdaki koşullardan en az biri oluşuyorsa, mutlaka uzmanlarca su darbesi kontrolü yapılmalıdır.

 

- L<20 H

- V Basma Hattı>1,5 m/sn

- Boru cidar kalınlığı hesabında emniyet katsayısı < 3,5

- Vana kapama süresi < 5 sn

- Çek-valf kapama süresi >

- > 5000

v: Basma borusundaki akış hızı (m/sn)

L: Boru hattı uzunluğu (m)

H: Manometrik yükseklik (m)

a: Basınç dalgası yayılma hızı (m/sn)

 

Su darbesine karşı alınacak önlemler aşağıda özetlenmiştir.

- Pompa çıkışına yakın bir kesite kapalı, basınçlı bir “Hava Kazanı” koymak,

- Boru hattı profili inişli-çıkışlı ise; basma deposuna yakın olmak üzere, hattın tepe noktalarına “denge bacası” (atmosfere açık) veya tek yönlü denge bacası koymak, böylece negatif basınçları ve kolon kopmasını önlemek,

- Pompa giriş ve çıkış kesitleri arasında, emmeden basmaya doğru akışa izin veren çek-valfli bir by-pass borusu yerleştirmek,

- Uzun boru hatlarında, kolon kopması olasılığı olan kesitlere çek-valfler koymak,

- Boru hattı uzunluğu 200 m’den kısa tesislerde elektrik kesintilerinde pompanın durma süresini arttırmak için yüksek atalet momentli volan kullanmak,

- Basınç emniyet valfi kullanmak,

- Sürgülü ve tablalı vanalarda, %20 açıklıktan sonra debi aniden azaldığından kontrollü kapama veya açma için, zaman ayarlı özel vana kullanmak,

- Boru hattında sıvı hızını düşük seçmek,

- Boru hattı uzunluğunu mümkün olduğu kadar kısa yapmak.

 

 

Örnek

Şekil 3’de A deposundaki su 1,7 km uzunluğunda, 200 mm çaplı bir çelik boru ile B’den dışarı alınmaktadır. Vana tam açık iken B vanası borudaki su hızı zamanla doğrusal orantılı olarak azalacak şekilde (lineer kapama) 2 sn, 10 sn, 30 sn, 60 sn’de tam kapatılırsa oluşacak su darbesinin yarattığı basınç çalkantılarının minimum ve maksimum değerlerinin hesabı.

L= 1700 m

D= 0,2 m

Hgeo= 50 m

A ve B kesitleri arasında Bernoulli denklemi yazılırsa;

Şekil 3

 

 

terimi ihmal edilebilir.

 

 

Buna göre vana tam açık iken borudaki su hızı;

 

 

Su darbesinin borudaki yayılma hızı, a;

 

 

Su darbesinin yarım periyodu:

 

Kapama süresi 2,7 sn’den küçük olduğunda kapama “hızlı” dır. Bu taktirde basınçtaki dalgalanma miktarı;

 

 

Statik halde, B vanası tam kapalı iken B kesitinde basınç;

 

 

olacaktır. Su darbesi sırasında, sıkıştıran dalga halinde B’deki basınç;

 

 

Genişleten dalga sırasında ise minimum basınç oluşacaktır.

 

 

Ancak, efektif basıncın olabileceği en küçük değer -1 atmosfer (-1,013 Bar) olduğundan basınç bu değere düşmeden sıvı buharlaşacaktır. Buna göre boru hattında oluşacak en küçük vakum değeri suyun buharlaşma basıncı olacaktır.

 

Kapama lineer olarak ve 2,7 sn’den daha uzun sürede olursa basınç dalgalanması için “yavaş kapama” kuralları geçerlidir.

 

 

Tablo 3

 

 

Yazarın izni ile yayınlanmaktadır.

 

 

Kaynak: Santrifüj Pompalar ve Pompa Tesisatları

 

 

Yazar:

Prof. Dr. Mete ŞEN

İstanbul Teknik Üniversitesi

Makine Fakültesi

Öğretim Üyesi

 

 

Yayıncı:

MAS POMPA SAN. A.Ş.

 

 

 

 

Yorumlar 

 
+1 #7 Mehmet Akif GÜL 22-03-2014 11:51
Koç Darbesi Önleme Vanası üreten firmaların kataloglarında bulabilirsiniz.
Alıntı
 
 
+2 #6 Acunweb 14-03-2014 18:05
Alıntılandı Mehmet Akif GÜL:
D = (250 x Q / Hm^0.5) ^0.5

D: Su Darbesi Önleme Vanası Çapı (mm)
Q: Debi (m^3/h)
Hm: Manometrik Basma Yüksekliğ (mSS)

Yukarıdaki amprik formül ile darbe önleme vanasının çapı seçilebilir. Sonuç büyük ihtimal küsüratlı çıkacağından bir üst çap seçilmelidir. (Örneğin sonuç 233 mm ise DN 250 Su Darbesi Önleme Vanası Seçilir)

Diğer parametreler ise vana üzerinden ayarlanır ve vana açık kalma süresi, set basınçlar gibi değerler tahliye edilen su miktarında etkilidir.


Peki bu formülü nereden edindiniz. Referans göstermemiz gerekiyor bir kaynak belirtebilirmis iniz.
Alıntı
 
 
0 #5 Mehmet Akif GÜL 21-05-2013 10:23
D = (250 x Q / Hm^0.5) ^0.5

D: Su Darbesi Önleme Vanası Çapı (mm)
Q: Debi (m^3/h)
Hm: Manometrik Basma Yüksekliğ (mSS)

Yukarıdaki amprik formül ile darbe önleme vanasının çapı seçilebilir. Sonuç büyük ihtimal küsüratlı çıkacağından bir üst çap seçilmelidir. (Örneğin sonuç 233 mm ise DN 250 Su Darbesi Önleme Vanası Seçilir)

Diğer parametreler ise vana üzerinden ayarlanır ve vana açık kalma süresi, set basınçlar gibi değerler tahliye edilen su miktarında etkilidir.
Alıntı
 
 
+3 #4 mustafa sezgin 05-05-2013 18:55
tüm hesaplar yapıldıktan sonra ne kadar su tahliye edelim ki su koçu darbesi oluşmasın nasıl diyebiliriz.su tahliye eden su koçu darbe önleme vanasını seçmemiz gerekecek.bu vana çapını nasıl seçeceğiz.
teşekkürederim.
Alıntı
 
 
+2 #3 Mehmet Akif GÜL 10-12-2012 11:06
Su darbesi önleme vanaları ani basınç yükselmelerinde (açma basıncı kullanıcı tarafından set edilir) yüksek basıncı tahliye eder. Basınç yükselmesi boru ve tesisat içerisinde hareket eden bir dalga olduğundan (belirli bir hızı ve yönü vardır) pompaya gelmeden önce tahliye edilmesi gereklidir, bu sebeple de konumu, çapı, montaj şekli vb. önemlidir.
Su darbesinin basınç şiddeti pompanın durma süresi ile ters orantılıdır. Yani pompa duruş süresi uzatılırsa oluşan basıncın şiddeti azaltılabilir. Bunun için atalet momenti yüksek bir volan pompa miline bağlanarak pompanın elektrik kesildikten sonra bir süre daha su pompalaması sağlanır ve pompa daha yavaş sıfır hıza ulaşır. Ayrıca kapanma süresi pompanın durma süresinden az bir çekvalf kullanırsanız su darbesi pompaya ulaşmadan çekvalfte durdurulacaktır . Ancak bu durumda çekvalf hasarlanabilir. Hattınız uzun ve kot farkınız fazla olduğundan tesisata belirli aralıklara çekvalf koymanız da problemi çözebilir.
Alıntı
 
 
+1 #2 Mehmet Akif GÜL 10-12-2012 10:56
Sayın Mustafa Sezgin,
Verdiğiniz bilgilerden dH (su darbesi sebebiyle oluşan pozitif ve negatif basınç farkı) hesaplamak mümkün değil. Ayrıca verdiğiniz Q değerinin pompa etiketinde yazan debi değeri olduğunu düşünüyorum ve yine sizin verdiğiniz değerlerden, doğru olmadığını zannediyorum. Kabaca pompa giriş basıncı 11 bar ve çalışma anında basma kollektöründeki basınç 34,2 bar ise Hm= 236 m'dir. Pompa etiket Hm değeri ise 180 m'dir. Bu durumda verdiğiniz debi değerinin sahada pompadan aldığınız debi olmadığını zannediyorum. Bu durumda hız hesabında kullanacağınız debi değerini ölçmeniz (tavsiye edilen) veya pompa eğrisinden kabaca 236 mSS'a karşı gelen debi değerini okuyarak bulmanız gerekli. Hesaplarınızı ancak bu şekilde kullanışlı hale getirebilirsini z.
Alıntı
 
 
+1 #1 mustafa sezgin 09-12-2012 19:18
hattın 2500 m si çelik diğer kısımlar polietilen.hat uzunluğu 50 km ve basma kollektöründe görünen statik basınç 33 bar.çalışma basıncı 34.2 bar.pompa girişi 11 bar.pompa Q=180 m3/h Hm=180m.kollektör sonundaki darbe önleyiciler ayarları yapılmasına rağmen çalışmıyor.(stop esnasındaki çalkalanma sonucu benim hesabıma göre 37 bar. ama tam olarak bu rakamı göremiyoruz zira giriş basıncı var.)sorum şu pompa kontrol vanalarının elektrik kesilmesi sonucu oluşan basınçtan pompaların ve elektrik motorunun etkilenmemesi için 5-10 sn içerisinde kapanması gerekirken kapanmıyor ve giriş basıncı ile hattın basıncı pompanın basma gövdesinde çarpışıyor.sonuç gövde patlağı. (gövde GGG40).tavsiyeniz.teşekkür ederim.
Alıntı
 

Yorum ekle

Makaleler için yorum ekleyebilirsiniz


Güvenlik kodu
Yenile

 

©Pompa Akademisi

Yasal Uyarı: Yayınlanan makalelerin tüm hakları Pompa Akademisi’ne aittir. Kaynak gösterilse dahi makalenin tamamı özel izin alınmadan kullanılamaz. Ancak alıntılanan makalenin bir bölümü, alıntılanan makaleye aktif link verilerek kullanılabilir.

Ürün Tanıtımı

ModülTANK Sıvı Depolama Çözümleri

 

http://www.pompaakademisi.com/modultank_dosyalar/image001.jpg

ModülTANK her türlü sıvı depolama ihtiyacı için hızlı, ucuz ve taşınabilir seçenekler sunar.

 

Devamını oku...
 
Grundfos MP 204 Motor Koruma Ünitesi


 

Dalgıç pompalar çalıştığı ortam gereği diğer pompalara göre çok daha zor koşullar altında çalışmaktadır. Dalgıç pompalarda bir arızanın kullanıcıya olan maliyeti genellikle diğer pompalar ile kıyaslandığında çok yüksektir. Yine çalıştığı ortam gereği dalgıç pompaları ve motorlarını izlemek diğer kuru rotorlu pompalara göre hem daha zor hem de çok daha fazla önem arz etmektedir. Sorunsuz pompa kullanımı için pompayı izleyebilmek ve zamanında müdahale etmek problemlerin büyük bir kısmını çözmemizi ve bakım maliyetlerini minimize etmemizi sağlayacaktır.
Devamını oku...
 

Anketler

Santrifüj Pompa Satın Alırken Yerli Marka mı Yabancı Marka mı Tercih Ediyorsunuz?
 

Hocamız

Prof. Dr. Kirkor YALÇIN

Özgeçmişi

10.03.1939 tarihinde Kayseri ilinin Develi ilçesinde doğdu. İlk ve Ortaokulu Develi’de okudu. 1958 yılında Cağaloğlu İstanbul Erkek Lisesi’ni bitirdi. 1964 yılında İstanbul teknik Üniversite’si Makine Mühendisliği Fakültesi’nden Yüksek Mühendis olarak mezun oldu.

 

Devamını oku...

Facebook Share

Facebook'ta Paylaş

Eğitim Duyurusu

Reklam

Her Gün Bir Bilgi

Aşınma Halkası

Pompalarda gövde ile çark arasına konan parça. Bu parça pompanın yüksek basınç ile alçak basınç bölgelerini birbirinden ayırır ve aşındığı zaman değiştirilmesi kolay ve ucuzdur. Bu parça kullanılmasaydı çark ve gövde sızdırmazlığı sağlamak için çark ve gövde birbirine çok yakın çalışmak zorunda kalırdı ve aşınmaları durumunda değiştirilmesi maliyetli olurdu.

 

Aşınma halkası aşındığında pompa iç kaçakları artar ve pompa performansı azalır.

Logo'nun Hikayesi

Pompa Akademisi Logosu, santrifüj pompaların salyangozunu andıran bir Fibonacci Spirali ve bu spirali birleştiren, çark kanatlarını andıran eğrilerden oluşmaktadır. Fibonacci Spirali, kenar uzunlukları Fibonacci Sayıları'na (1, 1, 2, 3, 5, 8...) eşit olan karelerin karşı köşelerinin birleştirilmesi ile oluşturulur.