Su Koçu Darbesi Nedir ve Nasıl Meydana Gelir?

Pompaların geometrik olarak daha yüksek kotta bulunan bir yeri beslediği durumlarda terfi borusunda ani enerji kesilmesi ve kontrolsüz olarak pompaların çalıştırılması esnasında meydana gelebilecek hız değişimleri sonucunda oluşan sıvı kütlesinin momentumunun değişmesi olayına su koçu darbesi denir. 

En basit bir pompa tesisi, pompa ile birlikte, bir boru hattı ve belirli bir yükseklikteki depodan oluşur. Böyle bir sistemde elektrik cereyanının ani kesilmesi halinde, eğer özel önlemler alınmamış ise, pompa çıkışında ve boru hattının kritik noktalarında tehlikeli sayılabilecek su darbeleri oluşabilir. Tesisin her noktasında su darbelerinin sebep olabileceği maksimum ve minimum basınçların tahmini tesisi tasarlayan mühendisin ana problemlerinden biri olduğu gibi mühendislik bilimi için de klasikleşmiş bir uğraş alanı olmuştur. Problemi çözmek için çeşitli yaklaşımlar denenmiş olup bu uğraşlar sonunda, grafik, cebrik, yarı analitik metotlar geliştirilerek bunlara dayanan ve mühendislerin pratik olarak kullanabileceği abaklar hazırlanmıştır. Son 25 yılda geliştirilen karakteristikler ve sonlu farklar metotları, bilgisayar yardımı ile tesisin istenen noktasında, istenen andaki basıncın hesaplanmasını mümkün kılmıştır. Bunun yanı sıra boru hattı üzerindeki çek valf, hava kazanı, kontrol vanası ve denge bacası gibi birçok elemanının simülasyonu da uygun sınır şartları olarak hesaba katılabilmektedir. 

Su darbesi oluşan boru hatlarında iki türlü tehlike vardır. 

• Aşırı basınç tehlikesi. Borunun ve tesisat üzerindeki elemanların zarar görmesine neden olur. 

• Depresyon, yani basıncın çok düşük değerlere inmesi. Bu halde iki farklı tehlike söz konusudur. Birincisi basıncın suyun buharlaşma basıncının altına inmesi sonucu ortaya çıkan kolon kopması olayı ve ayrılan kolonların tekrar çarpması sonucu aşırı yüksek basınçların oluşması, ikincisi ise boru çerisindeki basıncın atmosfer basıncının altına düşmesi sonucu borunun çökmesi. 

Su darbesi önlemek için çeşitli yöntemler kullanılmıştır. Bunlar Pompaya Yumuşak yol verme, Hava kazanı kullanımı, Tek yönlü denge bacası kullanımı, Denge bacası kullanımı gibi. 

Pompaya Yumuşak Yol Verme 

Pompa motorunun ataleti arttırılarak basıncın düşmesini önlemek amacıyla kullanılır. Şekil 1 de belirli bir tesiste pompaya Yumuşak yol verilmesi sonucu depresyon tehlikesi olan tepe noktasındaki problemin ortadan kalktığı görülmektedir. 

 

Şekil 1. Pompaya Yumuşak Yol Vermenin Su Koçundaki Etkisi 

Hava Kazanı 

Pompa çıkışına yerleştirilir. Hem aşırı basınç tehlikesini hem de depresyon tehlikesini ortadan kaldıracak şekilde boyutlandırılır. Birçok pompa hattında kullanılan hava kazanının çalışma ilkesi şu şekildedir: 

Ani cereyan kesilmesi sonucu pompanın yavaşlamasıyla düşen basınç nedeniyle kazandan boruyu doğru akış başlayacak ve bu sayede basıncın istenilmeyen değerlere düşmesi önlenecektir. Aşırı basınç dalgasının gelmesi sonucunda ise bu sefer borudan kazana doğru bir akış başlayacak ve kazanın üst tarafındaki havayı sıkıştıracaktır. Bu ise sönümleyici bir etki göstererek basıncın fazla yükselmesini önleyecektir. 

Tek Yönlü Denge Bacası (Besleme tankı) 

Boru hattı üzerinde tepe noktalarda oluşan depresyon basınçlarını önlemek için kullanılır. Bu gibi tepe noktalarına yerleştirilen tank, basıncın düşmesiyle birlikte boru hattını beslemeye başlar ve basıncın istenilen değerlerde tutulmasını sağlar. Tank ile depo arasında bulunan çek valf kapanarak basınç yükseldiğinde suyun depoya dönmesine engel olur. Boyutlandırılması izin verilen en küçük basınç değerine göre yapılır. Besleme tankları oldukça ucuz ve basit yapıda sistemlerdir. İşletme açısından karşılaştırıldığında hava kazanlarına göre daha kullanışlıdırlar. Buna karşın sadece basınç düşmesi tehlikesine engel olur, aşırı basınç tehlikesine karşı etkin değildirler. 

Denge Bacası 

Denge bacaları yardımıyla sistemde oluşan aşırı basınç ve depresyon basıncı tehlikelerine karşı önlem alınmış olur. Boru hattı üzerine inşa edilmesi gereken ve yüksekliği nedeniyle oldukça pahalı bir yöntemdir. Pompalı hatlarda tercih edilmezler. Denge bacası yerine tepe noktalarda besleme tankı kullanmak ve pompa çıkışına bir hava kazanı koymak daha ucuz ve basit bir çözümdür. 

Yukarıda özetlenen su darbesi önleme çarelerine ilave olarak boru hatların kullanılan diğer yöntemler de pompa çıkışında bay-pas hattı döşenmesi basınç emniyet vanaları kullanılması, vantuzlar ve regülasyon vanaları kullanılmasıdır. Bunlar dışında pazarda “koç darbesi önleme vanaları” adıyla satılan ürünler de bulunmaktadırlar. Bu tip vanalar pompa cereyanın ani kesilmesi sonrasında hızlı bir şekilde tam olarak açılmakta ve yavaş olarak da tam kapama yapmaktadır. Bu vanaların özellikle depresyon basınçlarını önlemekte yetersiz olduğu aşırı basınçların önlenmesinde ise oldukça başarılı oldukları yapılan model çalışmalarında ortaya çıkmıştır.