Not: İlk defa TurkCADCAM.net Dergisi 1. sayısında (Ocak-Şubat 2006) yer alan bu makale, Aralık 2008'de yüksek çözünürlüklü resimlerle birlikte TurkCADCAM.net Portalı'nda yayınlanmaya başlamıştır.

Giriş:

Günümüzde hızla artan rekabet ortamında, üretim ve işletme maliyetlerindeki artışlar, pompa tasarımı ve iyileştirilmesinde hedeflenen performans değerlerindeki yüksek verime sahip pompaları daha çabuk ve daha düşük maliyetli olarak üretmeyi zorunlu hale getirmektedir. Özellikle Ömür Boyu Maliyet yaklaşımının içeriğindeki gittikçe artan enerji maliyetleri, işletme maliyetlerini arttırmakta, bu da daha verimli pompaların daha çabuk tasarlanarak üretilmesinin önemini arttırmaktadır.

Günümüzde pompa tasarımında iç akışların incelenmesi CFD (Computational Fluid Dynamics - Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yazılımları ile yapılabilmektedir. Performans değerlerinin kontrolü, tasarım değerlerinin daha yüksek verimli pompalarla sağlanabilmesi ve bütün bunların daha düşük maliyetli bir tasarım sürecinden prototip üretimi aşamasına getirilmesi için kullanılabilen bu bilgisayar destekli mühendislik araçları tasarımcılara verdikleri ipuçları ile yardımcı olmaktadır.

Gerçek ürün üzerindeki deneyler yerine bilgisayar ortamında yapılan sayısal deneyler, tasarım ile son ürün ve gerçek testler arasındaki maliyet arttırıcı ara aşamalar öncesinde tasarımın ofis ortamında iyileştirilmesine olanak sağlamaktadır. CFD yazılımlarının uygun CAD/CAM sistemleri ile birlikte kullanılması son ürüne giden yolda maliyetleri düşürmekte, tasarımın güvenilirliğini arttırmaktadır.

Layne Bowler Pompa Sanayi A.Ş., 2003 yılından beri yaptığı yoğun araştırmalar sonucunda pompa tasarımında günümüzün gerektirdiği ve geleceğe yönelik bu alt yapıyı 2005 yılı başlarında uygulamaya koymuştur. Klasik pompa tasarım süreci ile CFD kullanılan sürecin aşamaları Şekil 1'de görülebilir.

Layne Bowler'de, tasarımı yapılan bir pompa, AutoCAD, Mechanical Desktop ve Inventor Series10 ile modellenip CFD analizine uygun hale getirilmektedir. Çeşitli tipteki pompalar tasarlandıktan sonra iç akışların incelenmesi, tasarım değerlerinin kontrolü ve sorunlu bölgelerin gerekiyorsa düzeltilmesi ve böylece amaçlanan performans değerlerine ulaşılması için bir CFD yazılımı olan CFdesign kullanılmaktadır.

 
Şekil 1. Klasik pompa tasarım süreci ile CFD kullanılan sürecin aşamaları

Pompa tasarımında CFD çözümü sonucunda, farklı tiplerde pompalar için araştırma amacına bağlı olarak aşağıda bazıları anılan birçok çalışma yapılabilmektedir;

1. Tek veya çok kademe pompa çözümleri,
2. Pompa basma yüksekliği, debi değerlerinin hesabı,
3. İç akışlarda oluşabilecek düzensizliklerin giderilmesi (tasarım iyileştirmeleri),
4. Hidrolik tork ve verim hesabı,
5. Emiş ve çıkış performans hesabı,
6. Parametrik kavitasyon çalışmaları (Emmedeki Net Pozitif Yük - ENPY hesaplamaları),
7. Farklı devir uygulamalarındaki performans değerlendirmeleri,
8. Eksenel ve radyal yüklerle ilgili çalışmalar,
9. Değişik kademelerde, hızlarda, ölçeklerde sayısal deneyler ile prototip üretimine geçiş süresinin azaltılması ve gerçek deney sayısının optimum düzeye indirgenmesi.

Bu çalışmalar halen Layne Bowler'de CFdesign ile tek veya çok kademeli düşey milli ve dalgıç pompalarda (Şekil 2 ,3 ve 3-a), tıkanmaz pompalarda (Şekil 4 ve 4-a) ve girdap pompalarında sürdürülmektedir.

Pompa tasarımında CFD çözümü sırasında izlenen yöntem;
a) CAD sisteminde tasarlanan pompa modelinin CFdesign'a aktarılması,
b) Sınır koşullarının tanımlanması,
c) Sayısal çözüm ağı tabakasının oluşturulması,
d) Malzemelerinin atanması,
e) Dönüş hızının tanımlanması,
f) Analizde kullanılacak türbülans modelinin seçilmesi,
g) Analiz çeşidinin belirlenmesi şeklinde gerçekleşmektedir.

Analiz sonuçlarının basınç, hız bileşenleri, türbülans kinetik enerji değişimleri bazında yakınsamasından sonra,pompanın içi akış incelenmektedir. Yazılım kullanıcıya sonuçların incelenmesine ve irdelenmesine yardımcı olacak birçok seçenek sunmaktadır. Bu özellikler kullanılarak emiş, çark, difüzör ve çıkıştaki akışlar incelenerek bir sorun varsa bu sorunun nedeni tespit edilmeye çalışılmakta ve çözüme yönelik yaklaşımların bilgisayar ortamında uygulanması ile üretim öncesi iyileştirilmelere gidilmektedir.

Sayısal deneylerin sonuçlarına göre hedeflenen değerlere uygun görülen tasarımlar CFD-CAD/CAM entegrasyonu ile tasarım ölçülerinde üretilmekte, gerçek deneyler sonrası müşterilere teslim edilmektedir.

Bu birbiri ile entegre tasarım, analiz ve üretim çalışmaları ile üretim maliyetleri düşürülmektedir. Her proje tasarımdan üretime ve son ürünün müşteriye teslimine kadarki süreçte bir Ar-Ge faaliyeti  olarak ele alınmaktadır.

Şekil 2. Dalgıç pompa hız vektörleri

Şekil 4.  Tıkanmaz pompa hız vektörleri

Şekil 4-a.  Tıkanmaz pompa