Yüksek basınç türbinleri için kayıp terimleri doğrulanmışbir boyutlu tasarım kodunun geliştirilmesi

Abstract

Gaz türbinli motorlar, termik santrallerde elektrik üretmek amacıyla enerji dönüşümünde; kara, hava ve denizde çeşitli ulaşım türlerine güç sağlamak amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Gaz türbin motorlarının ilk gelişmelerinden günümüze kadar malzeme ve üretim teknolojilerinin gelişmesi ve ihtiyaçlarının güncellemesi sebebiyle daha kapsamlı gaz türbini motorları geliştirilmeye başlandı. Daha yüksek sıcaklık ve basınçlara dayanıklı malzemeler sayesinde, türbin kanat yüklemeleri ve basınç oranı artarak akış alanındaki hızlar yükselmiştir. Akış alanındaki hızların yükselmesi transonik türbin teknolojisinin gelişmesini beraberinde getirmiştir. Transonik türbinler, akış alanında Mach sayısının 0.8'in üstüne çıktığı türbinlerdir. Mach sayısındaki artış verimi ve performansı daha kritik hale getirmektedir. Bununla beraber şok kayıplarına hassasiyet gibi zorluklar sebebiyle kanat profillerinin aerodinamik tasarımına ayrılması gereken zaman artmaktadır. Bu noktada tasarımın önemli aşamalarından biri olan 1 boyutlu tasarım aşamasında, detay tasarımda elde edilecek olan tasarıma en yakın aerodinamik tasarım parametreleri ve meridyonel görünüş belirlenerek, daha yüksek doğrulukla süreç önemli derecede kısaltılmış olur. 1 boyutlu tasarım, türbin kademesinin orta düzleminde, termodinamik çevrim ve aerodinamik denklemleri kullanarak türbinin her istasyonunda geometrik ve aerotermal sonuçların hesaplanabildiği tasarımdır. 1 boyutlu tasarım, akıştaki ikincil akışlar, kanat ucu akışı gibi 3 boyutlu fenomenlerin hakim olması sebebiyle kayıp mekanizmaları ilgili bağıntılar ve düzeltme katsayıları ile beslenerek daha doğru sonuçlar vermektedir. Bu çalışmada, literatürde kabul görmüş PWA-5594-92 türbini 3 boyutlu olarak modellenip, hesaplamalı akışkanlar yöntemi (HAD) ile performans değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen veriler, ilgili türbinin test verileri ile karşılaştırıldığında çok yakın sonuçlar alınarak doğrulaması yapılmıştır. Türbin kademelerindeki kayıp mekanizmasına ait her bir kayıp tipi için düzeltme katsayılarının belirlenmesi ve bunun sonucunda oluşturulacak 1 boyutlu tasarım kodundaki kayıp ifadelerinin minimum hatalarla hesaplanması amaçlanmaktadır. PWA-5594-92 türbininin farklı test çalışma noktalarındaki bilinmeyen parametreler, HAD analizleri ile detaylı şekilde hesaplanarak 1 boyutlu tasarım kodunun aerodinamik ve performans çıktıları ile karşılaştırlmıştır. Bunun sonucunda, elde edilen bulgular 1 boyutlu tasarım kodunun toplam türbin performasını maksimum %2.5 sapma değeri ile yakalayabildiğini göstermektedir