TÜRBOMAKİNE TASARIM/ÜRETİM PROJELERİ

Anova, Türbomakineler konusunda uzman bir firmadır. Şu ana kadar eksenel, radyal, karışık akışlı birçok türbomakine tasarımı gerçekleştirmiştir. Bu tasarımlar arasında
  • Havalandırma fanı
  • Bulaşık makinesi pompası
  • Radyatör soğutma fanı
  • Su devir daim pompası
  • Boru tipi türbin
  • Francis tipi türbin
  • Buzdolabı fanı
  • Çok kademeli pompa

sayılabilir.

 


POMPALAR, FANLAR vs

Empirik formüllerden yola çıkılarak tasarlanan bir türbomakinanın, istenilen noktada çalışıp çalışmadığını görmek, performans ve verim eğrisini çıkarmak için, prototip yaptırmak ve deney düzeneğinde test etmek gerekmektedir. Günümüzde, türbomakinanın prototipini yaptırmadan bilgisayar ortamında, ANSYS FLUENT veya CFX adlı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) paket programları kullanılarak, test değerleri çıkarılabilinir.

Fluent programı kullanarak yapılan HAD çalışmaları 3 aşamadan oluşmaktadır;
? Üç boyutlu katı modelin bilgisayar ortamında oluşturulması,
? Katı model üzerine sayısal ağın hazırlanması
? Analiz edilmesi
Analizi tamamlanan türbomakinanın içerisindeki her noktada hız ve basınç değerlerini hesaplamak mümkündür. Bu değerler sayesinde türbomakinanın performans eğrisi kolaylıkla çizilebilir. Çark üzerindeki basınç dağılımı bilindiğinden dolayı, çark üzerine binen kuvvetler kolaylıkla hesaplanır. Bulunan kuvvetlerin, çark merkezine göre momenti alınarak motora binen tork değeri hesaplanabilir. Türbomakinanın, basma yüksekliği, debisi, tork değeri ve dönüş hızı bilindiğinden dolayı, verim hesabını yapmak ve verim eğrisini çıkarılmaktadır.

Bu hesaplamalar sayesinde, türbomakinalar içerisinde oluşan akışı görselleyerek, tasarımı iyileştirmek, yeni tasarımlarda süreci kısaltmak, parametrik analizler yapmak, prototip ve test maliyetlerini düşürmek mümkündür.

 




DÖRT KADEMELİ BİR POMPANIN ÇALIŞMA NOKTASINDAKİ VERİMİNİN HESAPLANMASI
______________________________________________________________________________________


Katı modeli AutoCad ortamında hazırlanmış olan dört kademeli bir pompanın HAD modeli yukarıda verilmiştir. Modelde yaklaşık 500.000 düğüm noktası kullanılmış ve bu noktalarda hız ve basınç değerleri Fluent paket programı sayesinde hesaplanmıştır.

Yapılan analiz sonucunda pompanın çarkları üzerindeki statik basınç değerleri ve hız vektörleri yukarıda görülmektedir. HAD Modelindeki renkler sadece gösterim amaçlı iken, statik basınç dağılımında mavi düşük basıncı, kırmızı ise yüksek basıncı göstermektedir. Hız vektörlerini göstermek için çarkın orta yüzeyinden bir yüzey geçirilerek, bu yüzeydeki hız vektörleri çizdirilmiştir.

Analiz sonuçlarından elde edilen değerler sayesinde pompa veriminin, çalışma noktasında, %61 olduğu hesaplanmıştır. Bilgisayar ortamında hesaplanan bu değer deneysel sonuçlarla kıyaslanmış ve aradaki farkın %2’nin altında olduğu görülmüştür. Bu çalışmada, verim hesabının yanında, pompa girişi, çıkışı, kanat yüzeyinden geçen akış hareketi, çark yönlendirici uyumu, pompa içerisindeki en yüksek hız değeri ve yeri, pompa yüzeylerine binen kuvvetler incelenerek, sonuçlar değerlendirilmiştir.

 


KANAT SAYISI VE MOTOR DEVRİNİN PERFORMANS ÜZERİNE ETKİSİ
______________________________________________________________________________________


Bu çalışmada katı modeli Ideas ortamında hazırlanmış olan bir radyan fanın parametrik çalışması yapılmıştır. Parametrelerden biri olan kanat sayısı 12,14,16,18 olacak şekilde modellenerek, ayrı ayrı analizleri yapılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında ise motor devrinin performansa olan etkisi incelenmiş, bu amaçla 12 kanatlı model 6000, 7000 ve 7500 devirlerde analiz edilerek sonuçlar değerlendirilmiştir.

Kanat sayısı ve motor devrinin optimize edildiği bu çalışmada, kanat sayısının artması başlangıçta debiyi arttırmış ve daha sonra azalmaya başlamıştır. Motor devrindeki artış ise debi ve basma yüksekliğini orantılı olarak arttırmıştır. Bu tür optimizasyon çalışmalarında, değişkenlerin motora bindirdiği yükü de göz önüne almak gerekir. Bu amaçla, kanatlardaki statik basınç dağılımının yüzey integrali alınarak, kanatlara binen yükler ve bu yüklerin kanat merkezine göre momenti alınarak, fanın motora bindirdiği tork değeri hesaplanarak, motorun tork-hız eğrisine gidilerek kontroller yapılmıştır.

   


PERVANE YÜZEY ŞEKLİNİN PERFORMANS ÜZERİNE ETKİSİ VE TORK HIZ DEĞERLERİNİN ÇIKARILMASI
_________________________________________________________________________

Bu projede, bir pervanenin, sanal ortamda hazırlanmış standart rüzgar tünelinde performans ve verim eğrisi çıkartılmış, kanat profili, fan giriş ve çıkış açıları optimize edilmiştir.

Bu projede, katı modeli Ideas ortamında verilen pervanenin, fan çapından %3 daha büyük olan bir rüzgar tüneline yerleştirilerek Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) analizine hazır hale getirilmiştir. Analizde geri basınç değiştirilerek, pervanenin, 2350 devirde performans eğrisi ve verim eğrisi çıkarılmıştır. Yapılan analiz sonuçları incelenerek, beş farklı model için optimum giriş ve çıkış açıları hesaplanmış ve yeni tasarlanan pervanelerde bu açılar kullanılmıştır. Optimize edilen yeni şekil sayesinde, istenilen performans değerleri yakalandığı görülünce çalışma tamamlanmıştır.

 



İKİ KADEMELİ KARIŞIK AKIŞLI BİR POMPANIN PERFORMANS VE VERİM EĞRİSİNİN ÇIKARILMASI
______________________________________________________________________________________


Katı modeli Gambit ortamında hazırlanmış olan dört kademeli bir pompanın HAD modeli yukarıda verilmiştir. Modelde yaklaşık 800.000 düğüm noktası kullanılmış ve bu noktalarda hız ve basınç değerleri Fluent paket programı sayesinde hesaplanmıştır.

Yapılan analiz sonucunda pompanın çarkları üzerindeki statik basınç değerleri ve hız vektörleri yukarıda görülmektedir. HAD Modelindeki renkler sadece gösterim amaçlı iken, statik basınç dağılımında mavi düşük basıncı, kırmızı ise yüksek basıncı göstermektedir. Hız vektörlerini göstermek için çarkın orta yüzeyinden bir yüzey geçirilerek, bu yüzeydeki hız vektörleri çizdirilmiştir.

Analiz sonuçlarından elde edilen değerler sayesinde pompa performans eğrisi ve verim eğrisi yapılan birinci analizin geri basıncını artırarak elde edilmiştir.

 


ÇOK KADEMELİ KARIŞIK AKIŞLI BİR POMPANIN VERİMİNİN ARTTIRILMASI
______________________________________________________________________________________


Katı modeli UG ortamında hazırlanmış olan üç kademeli bir pompanın HAD modeli yukarıda verilmiştir. Hazırlanan bu modelde, pompa içerisindeki akışı bozan yüzeyler değişdirilerek verim artışı sağlanmaya çalışılmıştır.

Önce mevcut pompanın performans ve verim eğrisi çıkarılmıştır. Yapılan 1. değişiklikte difüzör bölgesinde oluşan ikincil akışı önlemek amacı ile difüzörün göbeği değiştirilerek, pompanın verimi 8 puan arttırılmıştır. Yapılan ikinci değişiklikte difüzör kanatları akışa paralel hale getirilmiş ve bu sayede pompa verimi 2 puan daha arttırılmıştır.

Sadece analiz sonuçlarını inceleyip, akışı düzelterek, pompa verimi %65’den %75’e çıkarılmıştır. Verimdeki bu artış yapılan deneylerle doğrulanmıştır.
 

10 kW'lık HİDROLİK TÜRBİN TASARIMI

______________________________________________________________________________________

Aşağıdaki resimde 10kW'lık boru tipi türbin gözükmektedir. Bu türbin Anova tarafından Tübitak teşvikli olarak tasarlanmış, CFD ve FEA analizleri ile optimize edilmiş daha sonra imal edilerek İTÜ Hidrolik Laboratuvarlarında test edilmiştir. Test sonucu ile CFD sonuçları arasında %1 kadar bir fark vardır.