Kavitasyon Nedir?

Kavitasyon, sıvı içindeki yerel basıncın buhar basıncının altına düşmesiyle buhar boşluklarının oluşması ve daha yüksek basınç bölgesinde hızla çökmesidir. Pompalarda bu olay çark girişinde, kanat yüzeyinde veya akışın hızlandığı dar bölgelerde gelişebilir. Oluşan darbeler ses, vibrasyon, yüzey erozyonu ve performans kaybı meydana getirebilir.

Fiziksel oluşum

Sıvının buhar basıncı sıcaklığa bağlıdır. Akış hızlandığında statik basınç azalabilir. Yerel basınç buhar basıncına ulaştığında kabarcıklar doğar. Kabarcık yüksek basınç alanına taşındığında içe çöker ve yakın yüzeyde mikro jetler ile basınç darbeleri oluşturabilir. Olay sürekli tekrarlanırsa çark yüzeyinde pitting ve malzeme kaybı gelişebilir.

NPSH Available ve NPSH Required

NPSH Available sistemin pompa emişinde sağlayabildiği basınç payıdır; tank basıncı, statik yükseklik, sıvı buhar basıncı ve emiş hattı kayıplarına bağlıdır. NPSH Required pompanın belirli debi ve hızda kabul edilen performans koşulu için ihtiyaç duyduğu değerdir ve üretici eğrisinden değerlendirilir. Yeterli marj yalnız iki sayının eşit olmaması değildir; tesis standardı, belirsizlik ve çalışma değişkenliği hesaba katılır.

Emiş koşullarını kötüleştiren etkenler

• Uzun, dar veya çok dirsekli emiş hattı
• Tıkalı filtre ve süzgeç
• Kısılmış emiş vanası
• Düşük tank seviyesi veya yetersiz emiş yüksekliği
• Yüksek sıvı sıcaklığı ve yükselen buhar basıncı
• Yüksek debi nedeniyle artan sürtünme kaybı
• Girişte vorteks veya düzensiz akış

Emiş manometresi tek başına bütün lokal kayıpları göstermez. Ölçüm noktası, hat geometrisi ve cihaz doğruluğu bilinmelidir.

Tasarım noktasından uzak çalışma

Pompa en iyi verim noktasından uzakta çalıştığında çark giriş açıları bozulabilir. Düşük debide iç resirkülasyon, yüksek debide emiş kaybı ve NPSH ihtiyacı artabilir. Paralel pompa kombinasyonu veya vana değişimi çalışma noktasını hareket ettirir. Bu nedenle vibrasyon ölçümü debi ve basınçla eş zamanlı kaydedilir.

Ses, vibrasyon ve performans belirtileri

Çakıl benzeri düzensiz ses, gövdede geniş bant vibrasyon, debi-basınç kararsızlığı ve verim kaybı görülebilir. İleri durumda çark yüzeyinde süngerimsi pitting oluşabilir. Ancak ses ve yüzey izi hava emişi, katı partikül veya başka erozyon mekanizmalarıyla karışabilir.

FFT ve zaman dalga formu

Kavitasyon spektrumda geniş bant, değişken yüksek frekans enerjisi oluşturabilir. Kanat geçiş frekansı ve harmonikleri çalışma noktasıyla değişebilir. Tek bir “kavitasyon frekansı” beklenmez. Yüksek frekans bandı sensör montajına ve gövde rezonansına duyarlıdır.

Zaman dalga formunda düzensiz kısa darbeler ve yüksek frekanslı salınım paketleri görülebilir. Rulman kusuru daha düzenli geçiş aralığı oluşturabilir; kavitasyon prosesle daha rastgele değişebilir. Bu ayrım mutlak değildir ve rulman frekansları ile birlikte incelenir.

Hava emişi ile ayrım

Flanş kaçağı, düşük tank seviyesi veya vorteks pompaya serbest hava taşıyabilir. Hava emişi de ses, debi kaybı ve titreşim oluşturur. Şeffaf gözlem bölgesi, tank seviyesi, flanş sızdırmazlığı ve hava tahliye davranışı kontrol edilir. Vana değişimine verilen tepki iki olayın ayrımına yardım edebilir.

Ölçüm noktaları ve sensör montajı

Pompa yataklarında yatay, dikey ve eksenel ölçüm alınır. Kavitasyon için çark ve volüte yakın rijit gövde noktaları eklenebilir. Emiş ve basma borusu üzerindeki ölçümler basınç pulsasyonunun iletimini gösterir. Yüksek frekans araştırmasında saplama veya iyi hazırlanmış mıknatıs yüzeyi kullanılır; ince kapak ve boru aksesuarı ana trend noktası değildir.

Operasyonel kontroller

1. Tank seviyesi, sıvı sıcaklığı ve emiş/basma basıncı kaydedilir.
2. Filtre, vana konumu ve emiş hattı açıklığı kontrol edilir.
3. Pompanın debisi eğri üzerindeki çalışma noktasıyla karşılaştırılır.
4. İzin verilen sınırlar içinde kontrollü proses değişimi yapılır.
5. Vibrasyon, ses ve basınç tepkisi eş zamanlı izlenir.
6. Düzeltme sonrası aynı koşulda tekrar ölçüm alınır.

Saha senaryoları

Tank seviyesi düştükçe geniş bant vibrasyon ve ses artıyor, seviye yükselince azalıyorsa emiş marjı araştırılır. Tıkalı süzgeç temizlendikten sonra emiş basıncı ve vibrasyon yeniden kaydedilir. İyileşme hidrolik ilişkinin kanıtını güçlendirir ancak çark erozyonu ayrıca kontrol edilir.

Yalnız düşük debide BPF ve düzensiz darbe artıyorsa iç resirkülasyon olasılığı değerlendirilir. Vana testi minimum sürekli debi ve proses güvenliği aşılmadan yapılır. Mekanik balans veya rulman değişimi, hidrolik koşul doğrulanmadan ilk çözüm olarak seçilmez.

Sık yapılan yorum hataları

• Her yüksek frekans artışını kavitasyon saymak
• NPSH Available hesabında sıcaklık ve hat kaybını atlamak
• Emiş vanasını kısarak deneme yapmak
• Hava emişini kavitasyonla karıştırmak
• Debi kaydetmeden trendleri karşılaştırmak
• Pitting gördüğünde erozyon ve korozyonu dışlamak

Kabarcık oluşum bölgeleri

Kavitasyon yalnız çark gözünde oluşmaz. Kanat emme yüzeyinde, aşınma halkası açıklığında, vana daralmasında ve ani kesit değişiminde lokal basınç düşebilir. Emiş kavitasyonu ile yüksek debi kaynaklı kanat kavitasyonu farklı çalışma bölgelerinde gelişebilir. Yüzey hasarının yeri akış mekanizması hakkında destekleyici bilgi verir.

Pompanın dönme hızı yükseltildiğinde hem debi hem basınç ve NPSH ihtiyacı değişir. Değişken hızlı sürücü ayarı yalnız üretim gereksinimine göre değil, emiş sisteminin sağlayabildiği marjla birlikte değerlendirilmelidir.

NPSH hesabında saha ayrıntıları

Açık tankta atmosfer basıncı, tesis rakımı, sıvı seviyesi, buhar basıncı ve emiş hattı kaybı Available hesabını etkiler. Kapalı tankta gaz basıncı ayrıca dahil edilir. Manometre kotu ile pompa referans kotu karıştırılmamalıdır. Yoğunluk ve sıcaklık değişimi basınç yüksekliği dönüşümünü etkileyebilir.

Required değeri üretici test koşuluna dayanır ve çoğunlukla belirli performans düşüşü kriteriyle sunulur. Görünür yüzey hasarı başlamaması için gereken marj bundan farklı olabilir. Tesis tasarım kriteri ve üretici tavsiyesi birlikte kullanılmalıdır.

Enerji verimliliği ve ekipman ömrü

Kabarcık oluşumu çarkın akışa düzenli enerji aktarmasını bozar. Debi ve basınç dalgalanırken motor gücü her zaman aynı oranda düşmeyebilir; sistem verimliliği kötüleşebilir. Uzun süreli çalışma çark, aşınma halkası ve gövdede erozyon oluşturarak açıklıkları büyütür ve performans kaybını kalıcı hale getirir.

Hasarlı yüzeyi yalnız kaplamak emiş koşulu düzeltilmeden kalıcı çözüm sağlamaz. Kaplama geometrisi ve yüzey pürüzlülüğü de akışı etkiler. Onarım sonrası pompa performansı ve vibrasyon aynı çalışma noktasında yeniden ölçülür.

Basınç ve vibrasyonun eş zamanlı analizi

Yeterli bant genişliğine sahip dinamik basınç sensörü, çark geçişi ve düşük frekans pulsasyonlarını gösterebilir. Basınç ve gövde vibrasyonunda aynı bileşenlerin çalışma noktasıyla birlikte değişmesi hidrolik uyarımı destekler. Sensör yerleri arasındaki hat gecikmesi ve faz farkı dikkate alınır.

Pompa giriş ve çıkışındaki statik göstergeler hızlı darbeleri yakalamayabilir. Manometre ibresinin kararlı görünmesi kavitasyonu dışlamaz. Trend örnekleme hızı incelenen olaya uygun olmalıdır.

Düzeltme seçenekleri

Tank seviyesini yükseltmek, emiş hattı kayıplarını azaltmak, tıkalı elemanı temizlemek, sıvı sıcaklığını yönetmek veya pompayı uygun debi bölgesine taşımak seçenekler arasındadır. Çark çapı, hız veya pompa seçimi değişikliği hidrolik mühendislik hesabı gerektirir. Vana ayarı geçici deneme olarak dahi minimum akış ve proses güvenliği sınırları içinde kalmalıdır.

Ölçümün trendlenmesi

Kavitasyon takibinde tek overall değer yerine seçilmiş yüksek frekans bandı, BPF çevresi, gövde vibrasyonu ve proses değerleri aynı kayıtta tutulabilir. Ölçüm noktası ve sensör montajı değişirse yüksek frekans trendi karşılaştırılamaz. Pompa revizyonu, filtre temizliği ve vana ayarı trend üzerine olay olarak eklenir.

Çalışma noktası geniş aralıkta değişiyorsa her debi bölgesi için ayrı referans oluşturulabilir. Böylece normal hidrolik değişim ile zaman içinde gelişen mekanik değişim ayrılır. Çevrimiçi sistemde emiş basıncı ve tank seviyesi sinyalleri alarmın bağlamını güçlendirir.

Güvenli saha deneyi

Kavitasyon şüphesini doğrulamak için vana veya hız değişimi yalnız yetkili proses ekibiyle yapılır. Pompanın minimum sürekli debisi, motor gücü, sıcaklık ve basınç limitleri aşılmaz. Ani vana hareketi su darbesi ve ekipman hasarı oluşturabileceğinden kontrollü adımlar kullanılır.

Test sırasında ses ve vibrasyon hızla artarsa güvenli işletme prosedürü uygulanır. Kavitasyonu “dinlemek” amacıyla pompayı riskli koşulda tutmak kabul edilebilir bir teşhis yöntemi değildir.

Kavitasyon izleri fotoğraflanırken çarkın yönü, kanat numarası ve hasarın giriş-çıkış konumu kaydedilmelidir. Sonraki revizyonda aynı bölgenin karşılaştırılması, hasarın devam edip etmediğini anlamaya yardım eder. Yüzey ölçümü yapılacaksa aynı referans ve yöntem korunur.

Kontrol sonrasında emiş ve basma göstergelerinin kalibrasyon durumu da kayıt altına alınır; yanlış proses ölçümü değerlendirmeyi doğrudan etkileyebilir.

Sonuç

Kavitasyonun yönetimi yalnız titreşim seviyesini düşürmek değil, emişte yeterli basınç payı ve doğru çalışma noktası sağlamaktır. Proses verisiyle eşleşen vibrasyon ölçümü kaynağı sınırlandırır. Ayrıntılı ekipman değerlendirmesi için pompa vibrasyonu, saha ölçümü için BALANSTEK vibrasyon analizi hizmeti ve diğer rehberler için Teknik Akademi incelenebilir.