Radyal pompa çarkının bilgisayar yardımı ile tasarımı

Abstract

Bu çalışmada debisi, basma yüksekliği ve devir sayısı verilen radyal bir pompa çarkının ana geometrik boyutlarının hesaplanması ve çarkın yanak geometrisinin, akım çizgisi eğriliği yöntemi kullanılarak belirlenmesi amaçlanmıştır. Bir pompa çarkının tasarımı için, karmaşık ve üç boyutta eğriliği olan yüzeylere gereksinim vardır. Söz konusu yüzeyler bir ya da birden fazla yüzeyin uygun matematiksel şartlan sağlayarak birleşmesinden oluşabilirler. Bu yüzeylerin akış eksenine dik ve paralel düzlemlerdeki izdüşümleri kullanılarak, akış alam iki temel düzleme indirgenebilir, r-z düzleminde tanımlanan akış yüzeyine meridyenel düzlem adı verilir. Bu çalışmada, meridyenel düzlem üzerindeki akış hesaplanarak silindirik kanatlı radyal pompa çarkının yanak geometrisi belirlenmiştir. İkinci akış düzlemi için (0-r düzlemindeki izdüşüm) herhangi bir hesaplama yapılmamıştır. Pompa çarkı içersindeki akışın özellikle göbek (hub) ve yanak (shroud) geometrilerinden etkilendiği bilindiğinden söz konusu geometrinin en uygun formunun bulunmasına çalışılmıştır. Bu amaçla, verilen bir göbek geometrisinden yola çıkarak ve çark içersindeki akışa ait süreklilik ve momentum denklemlerini kullanarak, iteratif eğri uydurma, yöntemleri aracılığı ile istenen sayıda akım çizgisinin geometrilerini tanımlayan sürekli fonksiyonlar elde edilmiştir. Elde edilen akım çizgilerinden sonuncusu yanak profilini tanımlamaktadır. Çark kanatlan arasındaki akışın üç boyutlu ve karmaşık yapıda olması göbek geometrisinin belirlenmesini zorlaştırmakta ve yüksek dereceli fonksiyonlann ortaya çıkmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle başlangıç geometrisinin hızlı bir şekilde değiştirilebileceği ve programın yakınsamasının sağlanabileceği bir eğri ailesinin kullanımı araştınlmış ve göbek geometrisi Bezier eğrileri ile tanımlanmıştır. Program farklı özgül hız değerlerine sahip olan çarkların yanak geometrilerinin tasarlanması için kullanılmış ve elde edilen sonuçlar son bolümde açıklanmıştır.

In this study, it was first aimed to calculate main geometric dimensions of a centrifugal pump impeller and then it was obtained shroud geometry of the impeller using the streamline curvature method. In order to design a pump impeller, it is needed three-dimensional and complex surfaces. These surfaces can be formed one or more planes which are combining mathematically in convenient. The stream field can be reduced to two main plane using the projection of these surfaces on vertical and horizontal directions to impeller's axis, r-z plane is named meridional or through-flow plane. In this study, after computing the flow on meridional plane, the shroud geometry of a radial pump impeller having cylindrical blades has been determined. For the second flow plane, that is, 0 -r plane, it hasn't been done any calculating. Because it is known that the flow in pump impeller is particularly affected hub and shroud geometries, it was tried to find the most suitable form of the shroud geometry. In order to find most suitable form of shroud geometry, it is used a given hub geometry with Continuity and Momentum Equations. Finally, by means of iteration methods, it was obtained convenient functions which define streamline geometries. The last streamline obtained is shroud profile. Because the flow in impeller is three-dimensional, viscous and complex, it is difficult to determine shroud geometry. In addition, higher-degree mathematical functions can be existed. For this reason, it was searched such a curve family that describes and sets up the hub geometry with minimum calculation or hand work and provides avoiding convergence problem of the program. So hub geometry has been defined by means of Bezier functions or curves. The computer program has been used to determine shroud geometry for impellers having different specific speed. Results obtained have been explained in last chapter.