Vorteks Nedir? Anti-Vorteks Nedir? Nasıl Oluşur?

Vorteks-Vortex

Girdap, bir eksen etrafında düz veya kavisli şekilde dönen akış bölgesi olarak tanımlanır. Vorteks ise, açık kanal (serbest yüzey) akışından basınçlı akışa doğru geçişte düzgün veya düzgün olmadığında ortaya çıkar. Akış, düzgün bir hız dağılımı ve sabit bir ivme ile devam etmezse girdaplar oluşur.

Vorteks Neden Oluşur?

Vorteks oluşumunun nedenleri, suyun girişe düzgün olmayan akışı, yüksek hızlı gradyanlı kayma tabakaları ve yaklaşım akışındaki engellerin neden olduğu dönme şeklindeki akışlardır.

Su alma yapılarının giriş kısmında, akış alanı daralmasına bağlı olarak açısal hız artar. Akışın düşey yönde hareketinin sonucu basınçta düşüş meydana gelir. Düşey kuvvete ve suyun derinliğine göre, türbülansın derecesi, şekli ve vorteks oluşumu değişir. Yapılan deneylerde, su alma yapısının akışına ve derinlik durumuna bağlı olarak alımda birçok farklı tipte vorteks olduğunu göstermiştir.

Büyük baraj göllerinde veya hidroelektrik santralli barajlarda oluşan vorteksler, hidrolik makinelere doğru hava çekmek için serbest yüzeyi deforme eder ve güçlü titreşimlerle, verimlilik kaybını ve kavitasyonları oluşturarak mekanik malzemelere ciddi hasarlar verir.

Bu nedenlerden, anti vorteks yapıların tasarımı ve kullanımı gerekmektedir. Her proje için anti vorteks bir yapının tasarımı farklıdır ve bu nedenle her birinin su alma yapısı tasarımı ve hidrolik durumu hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Yukarıdaki şekilde tipik bir anti-vorteks görülmektedir.

Vortekslerin oluşumunu engellemek için, su alma yapısının kritik su derinliğini “Sc” adı verilen minimum su seviyesi önerilir. Bu derinlik, su yüzeyi ile giriş ekseni arasındaki mesafe olarak tanımlanır. Su alma yapısının minimum su seviyesinin, kritik su altı derinliğinin altına düşürüldüğünde, bu seviyedeki suyun enerji üretimi için kullanılamayacağı bilinmelidir. Bu nedenle vorteks oluşumunun önlenmesi için suya dalma derinliğinin arttırılması her zaman ekonomik bir çözüm olmayabilir. Ayrıca, daha derin girişlerin yapılması daha pahalı olabilir. Kritik derinliğin artırılması veya su alma yapısının kotunun düşürülmesi yapıda tortulanmaya neden olur. Daha büyük çapta danelerin girişine neden olur. Bunlardan dolayı havayı sürükleyen ve vortekslerin oluşturduğu olumsuz kuvvetlerin etkilerini azaltmanın en ekonomik ve yaygın önlemleri arasında anti-girdap plakaları kullanılmaktadır. Bu plakalar, tekli olarak veya çift olarak, dik olarak veya bir açıyla, hatta akışa kadar kullanılabilir.

Vorteksleri tamamen önlemeye çalışmak ve buna göre tasarım hazırlayıp uygulamak ekonomik olmayabilir. Vorteks oluşumunu kısmen önleyen, yani vorteksin oluşturduğu kuvvetleri önemli ölçüde azaltan daha küçük anti-vorteks plakaları, tasarım ve ekonomik olarak daha iyi bir alternatif olacaktır. Başka bir deyişle, su alma yapısı girişine yakın kısımlarda oluşturulacak küçük değişikliklerle, çok sayıda problemden kaçınılabilir ve daha elverişli akış koşulları elde edilebilir.

Vorteks Çeşitleri

1. Gözlenebilir yüzeyde çukur oluşmayan çok zayıf vorteks
2. Yüzeyde küçük bir çöküntüyle oluşan vorteks
3. Boya ile gözlenebilir ve su alma yapısı yoluyla oluşan vorteks çekirdeği
4. Havayı sürüklemeyen, ancak yüzeydeki çöpleri veya kalıntıları çekebilen vorteks
5. Su alma yapısına havayı çeken vorteks
6. Su alma yapısının girişine doğru tam hava ile dolu vorteks

Vorteks oluşumu hidrolik yapılarda ciddi bir problemdir. Oluşan güçlü vorteksler hidrolik yapının düzenini bozmaya hatta durmasına sebep olabilir. Hidrolik yapıda vortekslerin ne seviyede oluşacağı görmek ve vorteks oluşumlarını engellemek sadece teorik olarak değil aynı zamanda hidrolik modelleme gerektirir. Vorteks oluşumunu engellemek için oluşturulan tasarım inşaat maliyetini artırabilir fakat bu probleme göz yumulması daha büyük sorunlara sebep verir.

Vorteksler, su alma yapısının servis ömrünün azalmasına, membadan su alınmasını engellemesi gibi birçok hidrolik probleme neden olmaktadır. Bu nedenle, vorteks oluşumunu engelleyen yapıların tasarımı ve kullanımı gerekmektedir.