Gaz boru hatlarının tekerlekli kaliper test düzeneği ve FPGA ile içbükey ve dışbükey deformasyonlarının ölçülmesine yönelik deneysel araştırma

Abstract

Enerjinin taşınımında oldukça yoğun olarak kullanılan yöntemlerden biri de boru hatlarıdır. Diğer taşınım yollarına göre ekonomik, güvenli ve düzenliliği olan bir sistem olması bu yöntemi öne çıkarmaktadır. Fakat bu yöntemin en büyük handikaplarından birisi de boru hattında yaşanabilecek bir güvenlik sıkıntısında büyük felaketlerin oluşabilecek olmasıdır. Bu durumun önüne geçebilmek adına boru iletim hatlarının denetimi konusu ciddi bir önem arz etmektedir. Öyle ki bu öneme binaen boru hattı denetimine dair araştırma ve çalışmalar çeşitlenmiş ve gün geçtikçe artmaktadır. Bu yöntemler hat içi denetim, hidrostatik basınç testleri ve doğrudan değerlendirme yöntemleri başlıklarında incelenebilir.Özellikle hat içi denetim yöntemine değinmek istiyorum. Hat içi denetim yöntemi borunun iç çeperi ve dış çeperini sadece iç, sadece dış ve hem iç hem dış olacak şekilde ölçen yöntemdir. Bu ölçümleri yapabilmek için kullanılan teknolojilere göre kendi içinde gruplandırılabilir. Farklı sensör ve ölçüm cihazlarına göre elektromekanik akustik dönüştürücü (EMAT), manyetik akı kaçağı (MFL), ultrasonik test (UT), girdap akımı (EC), mekanik temaslama (MC) şeklinde sınıflandırılabilir. Genelde boru hattındaki çatlakların tespitinde ultrasonik test ve elektromekanik akustik dönüştürücü yöntemleri kullanılmıştır. Girdap akımı ve manyetik akı kaçağı yöntemleri ise metal kayıplarının tespitinde kullanılmıştır. Bu yöntemler ayrıca dent (göçük) tespitinde de kullanılmıştır. Fakat mekanik temas yöntemi, yani kaliper cihazları dent tespit etme noktasında en başarılı yöntem olarak gösterilmektedir.Kaliper cihazı üzerinde bulunan kollar sayesinde dentler üzerinden geçerken dentlerin boyutlarını ölçebilmektedir. Kolun dikey hareketinden dentin derinliğini, birden çok kol yapısı sayesinde dentin genişliğini, dentin üzerinden geçme zamanından ise dentin uzunluğunu tespit etmektedir. Yüksek hızlara çıktıkça kolların dentlere olan tepkileri değişebilmektedir. Buna uygun bir kol tasarımı yapılması gerekmektedir. Bu kol tasarımını geliştirme aşamasında kaliper modülünü ve dentleri simüle ettiğimiz kaliper test düzeneği büyük bir fayda sağlamaktadır. Yüksek hızlarda örnekleme yapabilmek adına kullanılan FPGA tasarımı da doğruluk oranını artırmaktadır.Kaliper test düzeneğinde boru hattının içinde karşılaşılacak tüm durumları inceleme fırsatı yakalayabilmekteyiz. Farklı hızlar ve farklı dent boyutlarında kolun yapısının davranışı değişebilmektedir. Bu yapı sayesinde dentler üzerinden geçişlerde kolun tepkisine bakarak tasarım geliştirilmektedir. Kolun içine monte edilmiş halde bulunan açı sensörü sayesinde tekerleğin üzerinden geçtiği dentleri algılayabilmekteyiz. Açı sensörü SSI seri haberleşme protokolü ile haberleşmekte ve sürekli olarak sinyal üretmektedir. Sensörden gelen sinyalleri FPGA ile okumaktayız. FPGA sayesinde yüksek hızda veri okuyup istenilen formatta bilgisayara kaydedebilmekteyiz. Bu sistem sayesinde istenilen dentler yüksek hızda dönen bir tabla üzerinde ölçülebilir ve gösterilebilir hale gelmektedir.Hız artırıldığında dentlerin gerçek boyutlarından sapmalar meydana gelmektedir. Bir başka inceleme alanı olarak kolun yay ile sıkıştırılması sayesinde bu sapmalar önlenmeye, şayet önlenemez ise azaltılmaya çalışılmaktadır. Bu şekilde yapılan testlerde örneğin 1 m/s hızında 3 mm boyutundaki iki dent 2.98 mm civarında, 61 mm civarında bir dent ise 60.9 mm civarında tespit edilerek yüksek seviye doğruluk elde edilmiştir. Kaliper test mekanizmasında hız, yay sabiti, yay gerginliği ve tekerlek sönümlemesi gibi değişkenler ile testler gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerden elde edilen sonuçlar nihai bir kaliper modülü tasarım ve geliştirme süreçlerine oldukça fayda sağlayacaktır.