Çok kademeli bir santrifüj pompanın tasarım esasları, deneysel-sayısal analizi ve apı 610'a göre sertifikasyonu
Design principles, experimental and numerical analysis, and api 610 certification of a multistage centrifugal pump
- Tez No: 1012060
- Danışmanlar: PROF. DR. ZEHRA YUMURTACI, DOÇ. DR. ABDULKERİM OKBAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Enerji, Makine Mühendisliği, Engineering Sciences, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, API 610 kapsamında BB3 sınıfında yer alan yatay yerleşimli, eksenel ayrılabilir gövdeli ve 4 kademeli bir santrifüj proses pompası için tasarım, imalat, deneysel doğrulama ve sayısal analiz adımları bütüncül bir yaklaşımla ele alınmıştır. Pompanın tasarım çalışma noktası Q = 90 m³/h, H = 184 m ve n = 2900 dev/dk olarak belirlenmiş; çok kademeli yapı nedeniyle hidrolik değerlendirmelerde kademe başına basma yüksekliği yaklaşımı esas alınmıştır. Hidrolik tasarım bölümünde çark geometrisi; Euler pompa denklemi, hız üçgenleri ve süreklilik ilişkileri temelinde boyutlandırılmış; yalnızca hazır bir geometrinin kopyalanması yerine hedef çalışma noktasına göre yeniden seçim ve oranlandırma mantığı izlenmiştir. Bu çalışma kapsamında özgün tasarım çalışması çark geometrisi üzerine odaklanmış; salyangoz gövde geometrisi ise aynı özgül hız aralığında yer alan bir referans pompadan alınarak geometrik benzeşim esaslarına göre ölçeklendirilmiş ve tasarım boyutlarına uyarlanmıştır. Sayısal analizlerde RANS temelli çözüm yaklaşımı kullanılmış; döner bölge etkileri MRF formülasyonu ile modellenmiş ve türbülans modeli için SST k-ω modeli tercih edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğünün etkisini incelemek amacıyla profilometre ölçümlerinden elde edilen Ra = 12,5 µm değeri eşdeğer kum tanesi pürüzlülüğüne dönüştürülerek referans durum için kₛ = 73 µm kabul edilmiş; kₛ = 0, 25, 50 ve 73 µm seviyelerinde benzetimler gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma kapsamında pompa, 2900 dev/dk devirde 45–90 m³/h aralığını temsil eden seçilmiş noktalarda test edilmiş; debi–basma yüksekliği, debi–güç ve debi–verim karakteristikleri çıkarılmış ve sayısal sonuçlarla karşılaştırılabilir şekilde planlanmıştır. Deney–HAD karşılaştırmaları, sayısal modelin Q–H ve Q–η eğrilerini genel trend ve karakteristik açıdan makul doğrulukla yeniden ürettiğini ve maksimum verim bölgesinin benzer debi aralığında oluştuğunu göstermiştir. Pürüzlülük artışıyla birlikte basma yüksekliği ve verimde düşüş eğilimi belirginleşmiştir. Son olarak, API 610 gereklilikleri çerçevesinde tahribatsız muayene, hidrostatik test, performans doğrulaması ve titreşim değerlendirmesi birlikte ele alınmış; gerçekleştirilen test ve muayenelerin bütüncül değerlendirmesiyle pompanın standardın temel güvenlik ve performans kriterlerini karşıladığı sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the design, manufacturing, experimental validation, and numerical analysis of a 4-stage centrifugal process pump belonging to the API 610 BB3 class are addressed. The design duty point was defined as Q = 90 m³/h, H = 184 m, and n = 2900 rpm; due to the multistage configuration, evaluations were performed on a per-stage head basis. In the hydraulic design section, the impeller geometry was sized based on the Euler pump equation, velocity triangles, and continuity relations, following a rationale tailored to the target operating point rather than copying an existing geometry. The design effort focused on the impeller geometry; the volute/casing geometry was derived from a reference pump, geometrically scaled by similarity, and adapted to the design dimensions. In the numerical analyses, a RANS-based solution approach was employed; rotating effects were modeled using the MRF formulation, and the SST k-ω turbulence model was selected. To investigate surface roughness effects, the measured Ra = 12.5 µm obtained from profilometer tests was converted to equivalent sand-grain roughness and the reference case was set to kₛ = 73 µm; simulations were also conducted for kₛ = 0, 25, 50, and 73 µm. In the experimental study, the pump was tested at 2900 rpm in the 45–90 m³/h flow range; the Q–H, Q–P, and Q–η characteristics were obtained for comparison with numerical results. Experimental–CFD comparisons showed that the numerical model reproduced the trend of the Q–H and Q–η curves accurately and that the best efficiency region occurred in a similar flow-rate range. With increasing roughness, head and efficiency decreased. Finally, within the framework of API 610 requirements, non-destructive examinations, hydrostatic testing, performance verification, and vibration evaluation were considered together; it was concluded that the pump satisfies safety and performance criteria of the standard.
Benzer Tezler
- Tek kademeli Santrifuj pompalarda girişteki çarpma kayıplarının deneysel incelenmesi ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile çözümü.
Experimental investigation of entrance shock losses in single stage centrifugal pumps and solution with computational and fluid dynamics (CFD )
JASIM MOHAMMAD ABID AL ENEZY
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAİM KOÇAK
- Santrifüj pompaların verim ve kavitasyon açısından çok amaçlı optimizasyonu
Multi-objective optimization of centrifugal pumps in terms of efficiency and cavitation
ELİFNUR DEMİREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYDIN HACI DÖNMEZ
- Tek kademeli santrifüj pompalarda dengeleme deliklerinin pompa performansına etkisinin sayısal ve deneysel araştırılması
Numerical and experimental investigation of the effect of balancing holes on pump performance in single stage centrifugal pumps
SELAHATTİN SEFACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAİM KOÇAK
- Santrifüj pompa içindeki akışın sayısal analizi
Numerical analysis of flow in centrifugal pump
SELÇUK ATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. LEVENT KAVURMACIOĞLU
- Radyal pompaların kavitasyon performansının hesaplanması ve iyileştirilmesi
Computation and improvement of the cavitation performance of radial flow pumps
MEHMET KAYA
Doktora
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDER