Bir gemideki pistonlu pompanın kapasitesi nasıl hesaplanır?

Merhaba, eğer daha önce bir gemide bulunduysanız, her ekipmanın ne kadar kritik olduğunu bilirsiniz; özellikle de sıvıların verimli bir şekilde taşınması söz konusu olduğunda. Gemide Pistonlu Pompa tedarikçisi olarak, güverte mühendislerinden, baş yardımcılardan ve bakım ekiplerinden bu pompaların gerçekte ne kadar hareket edebileceğini, yani kapasitelerini bulma konusunda tonlarca soru alıyorum. Bu sadece bir kılavuzdan alınmış rastgele bir sayı değil; Bunun arkasında sağlam bir bilim vardır ve adımların atlanması aşırı yükleme, verimsiz işlemler ve hatta pompa arızası gibi baş ağrılarına yol açabilir. Bunu sade bir dille anlatalım, gözlerinizi şaşılaştıracak süslü bir jargon yok.

Öncelikle aynı fikirde olduğumuzdan emin olalım: Gemideki pistonlu pompa nedir? Sıvıyı etrafında döndüren santrifüj pompaların aksine, bunlar bir pistonu (veya pistonu) silindir içinde ileri geri hareket ettirerek çalışır. Piston geri çekildiğinde sıvıyı emen bir vakum oluşturur; ileri doğru ittiğinde sıvıyı dışarı doğru iter. Basit bir tasarımdır ancak yakıt aktarma, balast suyu pompalama veya temizlik veya soğutma amacıyla yüksek basınçlı malzemelerin taşınması gibi gemiye özgü işler için mükemmeldir. Bazıları kriyojenik sıvılarla bile çalışır; dolayısıyla ihtiyacınız buysa, özel ayrıntılar için sitemizdeki Kriyojenik Pistonlu Pompa sayfasına göz atmalısınız.

Kapasite temel olarak pompanın birim zamanda hareket ettirebileceği sıvı hacmidir; gemide kullandığınız sisteme bağlı olarak genellikle dakika başına galon (GPM) veya saatte metreküp (m³/saat). Buradaki anahtar nokta, meselenin sadece silindir boyutu olmamasıdır; Gemi koşullarının dahil olduğu birkaç faktör daha var. Temel formülle başlayalım, ardından gerçek dünyadaki gemi titreşimlerine göre ayarlamalar yapalım.

Temel teorik kapasite (buna Qt diyelim) pistonun alanı, strok uzunluğu (pistonun içeri ve dışarı ne kadar hareket ettiği) ve dakikadaki strok sayısı kullanılarak hesaplanır. Formül şuna benzer: Qt = A × L × N, burada:

• A = pistonun alanı (π × r², r yarıçaptır, yeterince kolaydır)
• L = vuruş uzunluğu (fit veya metre cinsinden, yalnızca birimlerle tutarlı olun!)
• N = dakikadaki vuruş sayısı (SPM)

Durun, durun; gemilerdeki pistonlu pompaların çoğu tek etkili mi yoksa çift etkili mi? Tek etkili, sıvıyı pistonun yalnızca bir tarafında hareket ettirir, dolayısıyla yukarıdaki formül olduğu gibi çalışır. Çift etkili pompalar sıvıyı her iki tarafta da hareket ettirir, bu nedenle piston çubuğunun alanını çıkarmanız gerekir (çünkü çubuk bir tarafta yer kaplayarak hacmi azaltır) ve iki taraf için 2 ile çarpmanız gerekir. Bu büyük bir farktır; çift etkili bir pompa için tek etkili formülü kullanırsanız, kapasiteyi büyük ölçüde eksik hesaplarsınız ve 500 GPM'lik balast taşımayı hesapladığınızda bu bir sorundur.

Ama olay şu ki, bu teorik kapasitedir. Gerçek gemi dünyasında hiçbir zaman tam olarak bu sayıya ulaşamazsınız. Hacimsel verimlilik (ηv) adı verilen çok önemli bir şey var. Hacimsel verimlilik, gerçek kapasitenin (Qa, pompanın gerçekten hareket ettiği miktar) teorik kapasiteye (Qt) oranıdır. Neden %100'ün altında? Birkaç neden:

1. Sızıntı: Sıvı piston segmanlarından, valflerden veya contalardan geçiyor. Sallanan bir gemide, pompa tam olarak düz durmadığından bu sızıntı biraz daha yüksek olabilir.
2. Sıkıştırılabilirlik: İçinde biraz gaz bulunan bir sıvıyı (hava sürüklenmiş yakıt gibi) veya hatta yüksek basınçlı bir sıvıyı (bunlar için Yüksek Basınçlı Pistonlu Pompa teknik özelliklerine bakın) pompalıyorsanız, pistonun sıvıyı dışarı itmeden önce bu gazı sıkıştırması gerekir, böylece her vuruşta tam hacim elde edemezsiniz.
3. Valf gecikmesi: Giriş ve çıkış valfleri anında açılıp kapanmaz; çok küçük bir gecikme olur, dolayısıyla her vuruşta biraz sıvı kaçırırsınız.

Gemilerde hacimsel verimlilik, pompa tipine ve bakımının ne kadar iyi yapıldığına bağlı olarak genellikle %85 ila %95 arasındadır. Aşınmış halkalara sahip eski pompalar %75 veya daha düşük bir değere düşebilir; bu nedenle, pompanız birkaç yaşındaysa orijinal teorik sayıya güvenmeyin; bunu mevcut verimlilikle hesaplayın.

Şimdi kara tabanlı pompa hesaplamasında göremeyeceğiniz gemiye özgü değişkenleri ekleyelim. İlk önce yuvarlayın ve fırlatın. Bir gemi sallandığında pompanın yönü biraz değişir. Pompa, piston stroku geminin yalpa ekseni boyunca olacak şekilde monte edilirse, bu, emme stroku sırasında ne kadar sıvının çekildiğini etkileyebilir. Örneğin, gemi sallandığında emme hattı biraz yüksek veya alçaksa, emme basıncında anlık bir düşüş yaşayabilirsiniz, bu da buharlaşmaya (kavitasyon, yikes denir) neden olabilir ve kapasiteyi daha da azaltabilir. Bu nedenle, hesaplama yaparken gemideki mevcut net pozitif emme yüksekliğini (NPSHA) hesaba katmalısınız; bunun pompanız için gereken net pozitif emme yüksekliğinden (NPSHR) daha yüksek olduğundan emin olun. NPSHA çok düşükse kavitasyon kapasitenizi tüketecek ve zamanla pompaya zarar verecektir.

Gemiye özgü başka bir faktör: akışkan özellikleri. Ağır akaryakıt (HFO) pompalıyorsanız, sudan çok daha viskozdur. Viskoz akışkanlar daha yavaş akar, dolayısıyla emme stroku sırasında silindirin doldurulması daha uzun sürer. Bu, daha yüksek SPM'de tam hacim elde edemeyebileceğiniz anlamına gelir; pompa bir sonraki stroktan önce yeterli sıvıyı ememediği için gerçek kapasiteniz düşer. Su için 100 SPM'de %95 verimliliğe ulaşabilirsiniz, ancak HFO için aynı SPM'de %80'e düşebilir. Dolayısıyla gemideki tüm sıvılar için aynı verimlilik numarasını kullanamazsınız.

Bunu somut hale getirmek için hızlı bir örnek üzerinden gidelim, tıpkı bir baş mühendisin aslında bir kargo gemisinde yapacağı gibi. Balast suyu için çift etkili pistonlu bir pompamız olduğunu varsayalım:

• Piston çapı: 8 inç (yani yarıçap 4 inçtir, alan A = π × 4² = ~50,27 inç kare)
• Piston çubuğu çapı: 1,5 inç (çubuğun alanı = π × (0,75)² = ~1,77 inç kare)
• Strok uzunluğu: 12 inç
• SPM: 60
• Hacimsel verimlilik: %90 (temiz balast suyu, bakımlı pompa için)

İlk olarak, çift etkili için teorik kapasiteyi hesaplayın: Qt = 2 × (A - A_çubuk) × L × SPM. Rakamları yerine koyarsak: 2 × (50,27 - 1,77) × 12 × 60 = 2 × 48,5 × 12 × 60 = 70.080 inç küp/dakika. Şimdi bunu GPM'ye dönüştürün (balast sistemlerinin kullandığı şey budur): 1 galon = 231 inç küp, yani 70.080/231 = ~303,4 GPM (teorik). Şimdi gerçek kapasite Qa = Qt × ηv = 303,4 × 0,9 = ~273 GPM. Bu bir balast pompası için mantıklıdır. Bu tek etkili bir pompa olsaydı, Qt dakikada 50,27 × 12 × 60 = 36,194 inç küp olurdu, bu teorik olarak ~156,7 GPM'dir, yani gerçek ~141 GPM olacaktır; çift etkili sayının yarısı, dolayısıyla hangi tiple çalıştığınızı kesinlikle bilmek istersiniz.

Bekle, ya metrik birimleri kullanıyorsan? Aynı mantık, inç yerine santimetre ve metre kullanın. Piston alanı cm kare, strok cm cinsindendir, SPM yine dakika başına stroktur ve hacimsel verimlilik aynı orandadır. Kolay.

Peki tüm bunlar sizin için, yani gemi mürettebatı için neden önemli? Kapasiteyi yanlış hesaplarsanız çok küçük bir pompayla karşılaşabilirsiniz; dolayısıyla balastın aktarılması iki kat daha uzun sürer, liman operasyonları gecikir veya yakıt ikmali sırasında yeterli yakıt alamayabilirsiniz ki bu da bir güvenlik tehlikesi oluşturur. Veya çok büyükse, ihtiyacınızdan çok daha fazla hareket edebilen bir pompayı çalıştırarak yakıt israfı yapıyorsunuz ve bu da işletme maliyetlerinizi artırıyor. Ayrıca, daha eski gemilerde, pistonlu bir pompayı değiştiriyorsanız, boru sistemini çalışır durumda tutmak için kapasiteyi tam olarak eşleştirmeniz gerekir; bu çok büyük olursa, hortumlara veya valflere zarar verebilecek basınç artışlarına maruz kalırsınız.

Yıllardır Gemide Pistonlu Pompa oyununda yer alan biri olarak, hacimsel verimlilik adımını atlayan ve ardından pompalarının dalgalı denizlere neden ayak uyduramadığını merak eden adamların olduğunu gördüm. Bir keresinde bir konteyner gemisinde bir ikinci kaptanla çalışmıştım ve 500 GPM'lik pompasının fırtınada yalnızca 420 GPM hareket ettiği için bozulduğunu düşünüyordu; gerçek verim yerine teorik kapasite kullandığı ve geminin yalpalaması biraz fazladan sızıntı eklemişti. Hesaplamayı %85 verimliliği (dalgalı denizler nedeniyle daha düşük) içerecek şekilde ayarladığımızda ve %5 ekstra sızıntıyı hesaba kattığımızda, her şey sıraya girdi. Bu yüzden konu sadece matematik değil; geminin ortamının sayıları nasıl değiştirdiğini anlamaktır.

Unutulmaması gereken bir diğer nokta: pistonlu pompaların genellikle üretici tarafından verilen bir nominal kapasitesi vardır, ancak bu ideal koşullar altındadır. Gerçek gemi koşullarında (farklı akışkan, değişken deniz durumu, aşınmış parçalar) çalışırken, bu nominal sayıyı ayarlamanız gerekir. Sert kimyasallar veya kriyojenik sıvılarla uğraşıyorsanız, bu benzersiz koşulları hesaba katan teknik özellikler için Kriyojenik Pistonlu Pompa sayfamıza bakın; çünkü normal pompalar, verimlilik düşüşü olmadan soğuk sıcaklıkları veya agresif sıvıları kaldıramaz. Basınç, vanaların nasıl çalıştığını ve pompanın ne kadar sıvıyı hareket ettirebileceğini etkilediğinden, kazan beslemesi için su pompalamak gibi yüksek basınçlı uygulamaların da kendi formülleri vardır.

Bir gemideki kapasiteyi hesaplamak için temel adımları tamamlayalım, böylece işlemin ortasında manuel olarak geçiş yapmanıza gerek kalmaz:

1. Pompa tipinizi onaylayın: tek etkili veya çift etkili. Bu, teorik kapasite formülünü büyük ölçüde değiştirir.
2. Temel özellikleri öğrenin: piston çapı, strok uzunluğu, SPM, piston kolu çapı (çift etkili için).
3. Pompa tipiniz için doğru formülü kullanarak teorik kapasiteyi hesaplayın.
4. Hacimsel verimliliğinizi bulun: Temiz sıvılara sahip, bakımlı pompalar için %85-95, pompanız eskiyse veya viskoz/gazlı sıvılar kullanıyorsa daha düşük, ayrıca deniz durumuna göre ayarlayın (dalgalı denizler = biraz daha düşük verimlilik).
5. NPSHA'yı hesaba katın: Kapasiteyi hızla yok eden kavitasyonu önlemek için emme basıncının yeterli olduğundan emin olun.
6. Sıvı viskozitesini kontrol edin: kalın sıvılar daha yavaş emme anlamına gelir, dolayısıyla daha yüksek SPM'de daha düşük verimlilik anlamına gelir.

Ve eğer bunlardan herhangi birinden emin değilseniz (ister yeni bir pompa spesifikasyonu yapıyor olun, ister eskisini değiştiriyor olun, ister yavaş bir pompanın sorunlarını gideriyor olun) yardım etmek için buradayız. Gemi kurulumlarında Pistonlu Pompa konusunda uzmanız, böylece özel sisteminiz için kesin hesaplamalar konusunda size yol gösterebilir veya kapasite ihtiyaçlarınızı mükemmel şekilde karşılayan bir pompa seçmenize yardımcı olabiliriz. Tahmine gerek yok, sadece gemi operasyonlarına göre hazırlanmış kesin rakamlar var.

Sadece açıklığa kavuşturmak için söylüyorum: bu herkese uyan tek bir çözüm değil. Her geminin pompa odası biraz farklıdır, her sıvının benzersiz özellikleri vardır ve deniz koşulları farklılık gösterir. Bu nedenle (yalnızca üreticinin derecelendirmesine göre hareket etmek yerine) bu adımları uygulamaya zaman ayırmanız sizi ileride baş ağrısından kurtaracaktır. Bunu, biraz fazladan hesaplamanın artık limanda bir gecikmeden veya gece saat 2'de okyanusun ortasında bozulan bir pompadan daha iyi olduğunu bilecek kadar uzun süredir yapıyorum.

Referanslar

1. ABD Denizcilik İdaresi. (2018).Denizcilik Yardımcı Makineleri: Pompalar ve Pompalama Sistemleri. ABD Ulaştırma Bakanlığı.
2. Karassik, I.J., ve diğerleri. (2014).Pompa El Kitabı(5. baskı). McGraw-Hill Eğitimi.
3. Amerikan Nakliye Bürosu. (2021).Çelik Kapların İnşa ve Klaslanmasına İlişkin Kurallar: Bölüm 3 – Makine Tesisatları. ABS Grubu.