Yazar "Sertçakan, Mustafa Cem" seçeneğine göre listele

Listeleniyor 1 - 1 / 1
  • Küçük Resim
    Öğe
    Gaz türbinli motorlarda kullanılan labirent keçelerdeki aşınmış diş geometrisinin sızdırmazlık performansına etkisinin had analizi ile incelenmesi
    (Kırıkkale Üniversitesi, 2017) Sertçakan, Mustafa Cem; Doğu, Yahya
    Uçak motoru ve diğer turbomakinalarda sızdırmazlık elemanı olarak yaygın kullanılan labirent keçeler, özellikle manevra ve devreye giriş ve çıkış süreçlerindeki geçici operasyon rejimleri esnasında sürtünme nedeniyle aşınır ve kalıcı diş hasarıyla karşılaşır. Aşınmış diş, sızdırmazlık performansının öngörülemeyen şekilde düşmesine neden olur. Motordaki geçici operasyon rejimine bağlı olarak rotor ve stator arasındaki açıklık öngörülen labirent keçe açıklığından fazla kapandığında, labirent keçe dişlerinin yerleştirildiği rotor/stator karşısındaki stator/rotor sürtünme sonucu aşınır. Bu aşınma ile düzgün köşeli labirent diş ucu geometrisinin genellikle mantar veya yuvarlatılmış şekilde bir diş ucu geometrisine dönüştüğü motor bakımlarında gözlenmiştir. Bu diş ucu aşınmaları ile sızdırmazlık performansı ve dolayısıyla motor performansı ve verimi, motor tasarımında öngörülemeyen bir şekilde kalıcı olarak düşer. Kaçak debideki %1 artışın sivil havacılıkta kullanılan motorların özgül yakıt sarfiyatında %0,1 artışa ve itme kuvvetinde %0,8 azalışa, askeri alanda kullanılan motorların özgül yakıt sarfiyatında %0,3 artışa ve itme kuvvetinde %1 azalışa neden olduğu konusunda literatürde bilgiler bulunmaktadır. Öngörülemeyen performans kaybına neden olan mantar diş ve yuvarlatılmış diş aşınmaları ile ilgili literatürdeki bilgiler oldukça sınırlıdır. Bu tez kapsamında; genellikle uçak motorlarındaki labirent keçe uygulamalarında karşılaşılan mantar diş ve yuvarlatılmış diş olmak üzere iki aşınma geometrisinin sızdırmazlık performansı üzerindeki etkileri HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) analizi ile incelenmiştir. Ayrıca sızdırmazlık elemanlarının test düzeneklerinde testleri gerçekleştirilerek HAD analiz modeli doğrulanmıştır. Tezin amacı labirent keçelerde aşınmış diş geometrilerinin kaçak debiye etkilerinin belirlenmesidir. Bu amaçla aşağıda listelenen 3 farklı diş geometrisi incelenmiştir: Düz Diş, Mantar Diş, Yuvarlatılmış Diş. İlk olarak; aşınmamış düz diş analizleri gerçekleştirilmiştir ve labirent keçe kaçak debileri hesaplanmıştır. Bu amaçla, dört farklı parametrenin (açıklık, basınç oranı, diş sayısı ve rotor dönüş hızı) kaçak debi üzerindeki etkisi belirlenmiştir. İncelenen parametreler ve değişim aralıkları; açıklık (cr=0,254-2,032mm), basınç oranı (Rp=1,5-3,5), diş sayısı (nt=1-12) ve rotor dönüş hızı (n=0-80 krpm) şeklindedir. Mantar diş analizlerinde beş adet etkin parametre; mantar yarıçapı (R=0-0,508mm), açıklık (cr=0,254-2,032mm), basınç oranı (Rp=1,5-3,5), diş sayısı (nt=1-12) ve rotor dönüş hızı (n=0-80 krpm) uygulamada karşılaşılan aralıklarda değiştirilerek, labirent keçenin kaçak debisi hesaplanmıştır. Yuvarlatılmış diş analizleri için ise altı adet etkin parametre; oyuk derinliği-genişliği (0,000-0,000mm; 0,600-0,508mm), açıklık (cr=(-0,254)-0,254mm), basınç oranı (Rp=1,5-3,5), diş sayısı (nt=1-12) ve rotor dönüş hızı (n=0-80 krpm) uygulamada gözlenen aralıklarda değiştirilerek kaçak debi hesaplanmıştır. HAD analizleri, 2-Boyutlu eksenel simetrik koordinatlar kullanılarak sıkıştırılabilir türbülanslı akış için gerçekleştirilmiştir. HAD analizleri, literatürde deneysel sonuçları yayınlanmış bazı uygulamalar ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Ayrıca, HAD analizlerinden elde edilen kaçak debiler literatürde ve uygulamada yaygın kullanılan labirent keçe korelasyonları ile ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Düz diş uygulamalarında; kaçak debinin açıklık, basınç oranı, diş sayısı ve rotor dönüş hızının fonksiyonu olarak değişimi belirlenmiştir. Tüm diş sayıları için, artan açıklık ve basınç oranı kaçak debiyi artırmaktadır. Artan diş sayısı belli bir değere kadar etkin şekilde kaçak debiyi düşürmektedir. Düşük devir sayılarında kaçak debi ihmal edilecek seviyede azalmaktadır. Mantar diş aşınmasının oluşması durumlarında, aşınmadan kaynaklı açıklık artışı göz ardı edildiğinde dahi, mantar dişin düz dişe göre daha yuvarlak geometrik formundan dolayı kaçak debi de artış görülmüştür. Bu kaçak debi artışı; mantar diş etrafındaki akışta, daha düşük vena-contracta etkisinin yanı sıra akış ayrılması ve akış çalkantılarının da daha düşük seviyelerde olmasından kaynaklanmaktadır. Aşınmadan kaynaklı açıklık artışı dâhil edildiğinde ise kaçak debideki artış daha etkin olmaktadır. Mantar diş geometrisi için, diş sayısı ve rotor dönüş hızının da kaçak debi üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Yuvarlatılmış diş aşınmalarında, yüksekten düşüğe doğru kaçak debi sıralaması, sığ-geniş oyuklu, derin-geniş oyuklu, derin-dar oyuklu, sığ-dar oyuklu, oyuksuz yuvarlatılmış ve düz diş şeklindedir. Belirtilen iki aşınma çeşidi için yüksekten düşüğe doğru kaçak debi sıralaması, mantar dişli labirent keçe, oyuksuz yuvarlatılmış dişli labirent keçe ve düz dişli labirent keçe şeklindedir. Mantar diş (açıklık artışı olmadan) kaçak debisi düz dişe göre; cr=0,127 mm, cr=0.254 mm ve cr=0,508 mm açıklıklar için sırasıyla %15,9, %22,1 ve %19,6 daha fazla gerçekleşmiştir. Bu oranlar mantar diş aşınması gerçekleşirken aşınma sonucu dişin eriyerek açıklığın artması durumunda daha da artacaktır. Yuvarlatılmış diş (oyuksuz) kaçak debisi düz dişe göre; cr=0,127 mm, cr=0.254 mm ve cr=0,508 mm açıklık için sırasıyla %15,9, %10,1 ve %7,3 daha fazla gerçekleşmiştir. Bu oranlar yuvarlatılmış diş aşınması gerçekleşirken karşı yüzeyde oyuk oluşması durumunda daha da artacaktır.