Tesisat Dergisi 191. Sayı (Kasım 2011)

MAKALE 140 Tesisat Dergisi Say ı 191 - Kas ı m 2011 Ş ekil 1. Pompa-Türbin sistem ş emas ı [3]. tad ı r[4-7]. Bu amaçla Francis çark ı n ı n tasar ı m metodlar ı kullan ı lm ı ş t ı r. Pompa-türbin çark ı içerisindeki ak ı ş ı n pompa ve türbin modunda nas ı l davrand ı ğ ı anla ş ı lmaya çal ı ş ı lm ı ş t ı r. Çar- k ı n pompa giri ş i pompa modundaki giri ş aç ı - lar ı na göre ayarlanm ı ş ve gereken dü ş ü elde edilmeye çal ı ş ı lm ı ş t ı r. Bu bildiride, analizler pompa-türbin çark ı na biti ş ik ba ş ka bir par- ça olmaks ı z ı n uygulanm ı ş t ı r. Gelecekte ayar kanatlar ı ve emme borusu birlikte çözülerek parçalar aras ı ndaki etkile ş imlerde incelenerek pompa-türbin içerisindeki ak ı ş daha iyi anla- ş ı labilecektir. Böylelikle biti ş ik parçalarla be- raber yap ı lan analizlerle pompa-türbin çark ı - n ı n performanslar ı daha iyi incelenebilecektir. Pompa-türbin tasar ı m ı nda yüksek özgül h ı z seçimi en küçük boyutlar ile iyi bir hidrolik performans elde edebilmeyi sa ğ lar. Fakat, özgül h ı zdaki art ı ş türbinin bat ı k çal ı ş ma se- viyesinde de art ı ş olmas ı na sebeb olmaktad ı r. Bu nedenle bat ı k çal ı ş ma miktar ı özgül h ı z ı s ı - n ı rland ı rabilmektedir[8]. Bu proses ile birlikte pompa-türbin çark ı n ı n boyutland ı r ı lmas ı için gerekli özgül h ı z hesaplamas ı ş öyledir: Pompa-türbin tasar ı m ı nda pompa modun- daki dü ş üsü (HP) türbin dü ş üsü (HT) ile her iki moddaki verimine (h) ba ğ l ı d ı r (Denklem 2) [2]. Bu nedenle pompa-türbinin dü ş ü se- viyesi düzgün seçilmelidir. Pompa dü ş üsü belirlendikten sonra tasar ı m gereklilikleri dik- kate alnarak tasar ı m yap ı l ı r. Tasar ı m tamam- land ı ktan sonra türbin ve pompa modunda farkl ı debi ve farkl ı dönü ş yönleri kullan ı larak pompa-türbinin bütün çal ı ş ma durumlar ı ndaki performans sonuçlar ı çizilir(suter e ğ risi). Ay- r ı ca bas ı nç ve vakum yüzeylerindeki bas ı nç da ğ ı l ı mlar ı fazla ve az debiler için ara ş t ı - r ı l ı r. Kavitasyon olup olmad ı ğ ı gözlemlenir. pompa modundaki sonuçlar incelenerek ge- rekli de ğ i ş iklikler yap ı l ı p tekrar türbin modun- da düzenlemeler yap ı lm ı ş t ı r. Bu düzenlemeler pompa ve türbin modunda gereken kriterler sa ğ lanana kadar devam etmi ş tir. Hesaplamal ı Ak ı ş kanlar Dinami ğ i metodlar ı ile belirlenen geometrilere göre parçalar olu ş turularak sonlu elemanlar analizleri ile yap ı sal olarak kontrol edilir. Böylece Hesaplamal ı Ak ı ş kanlar Dina- mi ğ i metodlar ı ve sonlu elemanlar analizinin beraber kullan ı l-mas ı yla pompa-türbin parça- lar ı olu ş turulur. Pompa-türbinin tasar ı m meto- dolojisi a ş a ğ ı da Ş ekil 2 ’de verilmi ş tir. Upwind metodu gerçe ğ e çok yak ı n bir sonuç vermese de di ğ er çözümler için ba ş lang ı ç du- rumunu belirlemek için kullan ı l ı r[11]. Bundan dolay ı teorik bilgi ve deneyim e ğ rileri ile olu ş tu- rulan ilk modeller için upwind metodu kullan ı - larak büyük aral ı klar h ı zl ı bir ş ekilde incelenip fikir sahibi olunabilir. Tasar ı m kriterlerine yak ı n aral ı klar ı bulmak ve çözüm zaman ı n ı azaltmak (1) Burada: ns özgül h ı z [rpm] nsync senkronize devir say ı s ı [rpm] P d =P d [ kW ] / 0.7355 = 500 kW / 0.7355 = 679.8 hp, tasar ı m gücü [hp] H d = tasar ı m dü ş üsüdür (türbin için salyangoz giri ş inde 28.15 m seçilmi ş tir). [m] Özgül h ı za ba ğ l ı genel türbin tipleri Tablo 2 ’deki gibi verilebilir. Tablo 2. Özgül H ı za Ba ğ l ı Genel Türbin Tipleri[9] Türbin tipi ns (rpm) İ mpals Pelton 7 - 26 Francis Yava ş 51 - 107 Reaksiyon Orta 107 - 190 H ı zl ı 190 - 250 Kaplan 250 - 300 Tablo 3. Pompa-Türbinin Ba ş l ı ca Karakteristikleri Senkronize H ı z 50 Hz Nominal Su gücü/ Maksimum Elektrik Ç ı k ı ş Gücü 505 kW / 500 kW Nominal Dü ş ü / Brüt Dü ş ü Aral ı ğ ı / H max / H min 28.15 m / 25-30 m /1,2 Pompa : Max. Debi Q max (Q max / Q min ) 2 m 3 /s (2 /1) En iyi Performans için Pompa Modundaki Özgül H ı z, n s ( n q = n.Q 1/2 / H 3/4 = n.(2 m 3 ) 1/2 / (28.15 m) 3/4 =57.86 ) 201 [rpm] Çark ( İ mpeller) D ı ş Çap ı (D1) 0.9 [m] (2) Özgül h ı z belirlendikten sonra debi ve dü ş ü için turbomakina teorisi ve deneyim e ğ rileri kullan ı larak türbin genel olarak boyutland ı r ı l ı r. Seçilen özgül h ı za göre çark ı n meridyonel ş ekli belirlenir. Daha sonra belirlenen meridyonel ş ekil ile seçilen devir say ı s ı na göre türbin dü- ş üsü ve debisi göz önüne al ı narak çark kanat- lar ı n ı n aç ı lar ı belirlenir. Yap ı lan Hesaplamal ı Ak ı ş kanlar Dinami ğ i sonuçlar ı na göre çark aç ı lar ı ve meridyonel ş ekil birlikte düzeltile- rek tasar ı m ı iyile ş tirilir. Böylece pompa-türbin tasar ı m ı Tablo 3 ’te bulunan de ğ erlere göre yap ı lm ı ş t ı r. Daha önce Francis türbin tasar ı m ı için kurul- mu ş olan metodoloji pompa-türbin tasar ı m ı için uyarlanm ı ş t ı r[10]. Francis türbininde oldu ğ u gibi, pompa-turbinin türbin modunda belirlenen debi ve dü ş ü için olu ş turulan çark ı n meridyonel ş ekli ile devir say ı s ı na göre aç ı lar hesaplanarak tasar ı m ı yap ı lm ı ş t ı r. Daha sonra Ş ekil 2. Pompa-türbin tasar ı m metodolojisi plan ı .