• Sonuç bulunamadı

Radyal akıĢlı kompresör kademesi ve kademe elamanlarının incelenmesi

4. GAZ TÜRBĠNLERĠ TEMEL DONANIMLARI VE DONANIMLARIN ĠNCELENMESĠ

4.1 Kompresörler

4.1.2 Radyal AkıĢlı Kompresörler

4.1.2.2 Radyal akıĢlı kompresör kademesi ve kademe elamanlarının incelenmesi

Bir radyal akışlı tip kompresör, bir veya birden fazla kademeden oluşacak şekilde tasarlanabilmektedir. Bu tasarıma örnek daha önce de belirtilen iki kademeli radyal akışlı kompresörün başarı ile uygulandığı turbo-prop motorlardır. Radyal akışlı tip bir kompresörün kademesi aşağıda belirtilen kısımlardan oluşmaktadır:

1. Giriş kılavuz kanatçıkları 2. İndüser

3. İmpeller 4. Difizör

5. Volüt (Salyangoz)

Şekil-4.1.29 Radyal akışlı kompresörün görünüşü (Subcourse No. AL0993-US ARMY)

66

Şekil-4.1.30 Radyal akışlı kompresör kademesi (Baskharone-2006)

Şekil-4.1.31 Radyal akışlı kompresör konfigürasyonu (Fletcher ve Walsh-2004)

67

Radyal akışlı kompresörü oluşturan elemanlar ve görevleri aşağıdaki maddelerde açıklanmıştır.

1. Giriş kılavuz kanatçıkları: Havaya ilk hızı vermede ve havayı yönlendirmede kullanılırlar.

Direkt olarak indüserin ön kısmına, hava giriş kısmından eksenel akışlı girişleri engelleyecek biçimde radyal olarak yerleştirilirler.

2. İndüser: Sistemdeki fonksiyonu havayı, göbek kısmından alarak impeller gözüne ve impeller kanatçıklarına doğru giriş açısı ile, onun açısal momentumunu, dönme yarıçapını arttırmadan arttırarak ulaştırmaktır. İmpellere entegre giriş kısmında yer alan bu kısım havayı sevk etmek amacıyla kavisli şekilde imal edilmektedir. Tek girişli ve çift girişli olmak üzere iki çeşit indüser sistemi vardır. Çift girişli indüserler hava akışını yarıya bölerler, girişteki Mach sayısını düşürmek için küçük çaplarda tasarlanırlar. Dizaynı zor olmakla birlikte birçok konfigürasyona entegresi zor olduğundan uygulamaları kısıtlıdır.

Şekil-4.1.32 Çift ve tek girişli indüser (Meherwan-2006)

3. İmpeller: İndüser kısmından sonra üzerine kanatçıkların radyal olarak yerleştirildiği impeller kısmı yer almaktadır. Radyal akışlı kompresörlerde akışkana enerji vermekle görevlidirler. İmpellerler çaplarına göre daha fazla bağıl akış geçirmek, gerilmeleri dengelemek için çift taraflı olarak veya tek taraflı olarak imal edilebilirler.

68

Şekil-4.1.33 Tipik çift ve tek taraflı impellerler (Soares-2007)

Akış impellere eksenel doğrultuda girmekte ancak radyal doğrultuda çıkmaktadır. Yüksek hızlar nedeniyle impeller kanatçıkları yüksek gerilmelere maruz kalmaktadır ve gerilme kuvvetleri kavisli kanatçıkları düzelmeye zorlamaktadırlar. Bu nedenle impeller kanatçıkları, kanatların uç kısım açılarına göre üç çeşide ayrılmaktadır. Bunlar kanat açısı olan radyal kanatlı, olup arkaya doğru kavisli kanatlı ve olan ileriye doğru kavisli kanatlı impellerdir.

Şekil-4.1.34 Kanat çeşitlerine göre impeller (Meherwan-2006)

Bu impellerler teorik olarak akış debisi karakteristikleri bakımından birbirlerinden farklılık gösterirler. Bu farklılık aşağıdaki şekilde akış oranı-debi diyagramında gösterilmektedir.

Yukarıdaki impellerin kullanımında avantaj ve dezavantajları aşağıdaki çizelgede verilmiş olup impellerin karşılaştırılması bu çizelgeden yapılabilmektedir.

69

Çizelge 4.1 Radyal akışlı kompresör impelleri avantaj ve dezavantajları

İmpel Tipi Avantajlar Dezavantajlar

Radyal kanatlı 1-Düşük enerji transferi ile mutlak yüksek çıkış hızları

Arkaya kavisli kanatlı 1-Düşük çıkış kinetik enerjisi

= Düşük difizör giriş Mach

Öne kavisli kanatlı 1-Yüksek enerji transferi 1-Yüksek çıkış kinetik enerjisi

= Yüksek difizör giriş Mach

4- Difizör: İmpeller çıkışındaki kinetik enerjiyi statik basınca dönüştüren bölümdür. Verimli bir yanma sistemi tasarımında, yanma odasına giren havanın hızının mümkün olduğu kadar düşük olması gerekmektedir. Difizörde akışkanın hızı azaltılmakta ve bu hız azalmasından dolayı statik basınç artmaktadır. Radyal akışlı kompresörlerde yüksek performans elde etmek için impeller dizaynı ne kadar önemli ise difizör dizaynı da o kadar önemlidir. İmpeller ile difizör arasında kalan boşluk (klerens) önemli bir faktördür. Bu boşluğun görevi impellerin akış dolayısıyla maruz kaldığı aerodinamik darbelere tampon oluşturmaktır. Bu boşluğun çok az olması kararsız akış ve titreşime neden olmaktadır.

Difizör performans karakteristikleri, difizör geometrisi, akışın giriş koşulları ve çıkış koşullarının karmaşık bir fonksiyonudur. Difizörler, geometrilerine göre kanatsız, kademeli, kanatlı ve borulu tip şeklinde sıralanmaktadır. Difizör tipinin seçimi, kompresör çalışma gürültüsü üzerinde önemli etkiye sahiptir. Geometrilerine göre difizörler aşağıdaki şekilde görülmektedir.

70

Şekil-4.1.35 Geometrilerine göre difizörler (Harman-1981)

Kanatsız tip difizörler, iri ve diğer tiplere göre daha verimsizdir. Kademeli tipler ise bir, iki veya üç kademeden oluşabilmektedir. Kanatlı tipte, kanatlar kavisli veya düz olabilmektedir.

Boru ve kanal tipi difizörler akışı ayrı pasajlardan toplar. Boru tipli difizörler konik çeperli ve kanal tipliler ise dikdörtgen çeperlidirler. Şekil-4.1.36‟ da boru ve kanal tipi difizör geometrileri gösterilmiştir.

71

Şekil-4.1.36 Boru ve kanal tipi difizörler (Meherwan-2006)

Difizör ile impellerle karşılaşan akış, akış paterninin döner sistemden sabit sisteme geçişi esnasında değişmesi nedeniyle karmaşıktır. Bu karmaşık kararsız akış, impelleri terk eden akıştan kuvvetli bir şekilde etkilenmektedir. Fakat difizördeki akışın genellikle difizörün tüm geometrik konfigürasyonunu belirlemek amacı ile kararlı tip olduğu kabul edilmektedir.

Kanallı tip difizörlerde viskoz kesme kuvvetleri kinetik enerjiyi azaltan bir sınır tabaka oluşturmaktadır. Eğer kinetik enerji belirli bir sınırın altına düşerse, bu tabakadaki akış durgunlaşır ve tersine döner. Akışın bu tersine dönme hareketi difizör pasajlarında türbülans ile karma kayıplarına ve akış açılarında değişmelere yol açacak ayrılmalara neden olmaktadır.

Bu ayrılmalar kompresör performansını olumsuz yönde etkilemektedir.

Difizörler kanatçıksız ya da kanatçıklı olarak imal edilebilirler. Hava akışını etkili bir biçimde kontrol etmek ve difizyon işlemini olabildiğince kısa mesafede tamamlamak için, impelleri terk eden akış, sabit difizör kanatçıkları aracılığıyla birçok ayrı akışlara ayrılmaktadır. Kanatçıklar tarafından oluşturulan kanalların derinliği genellikle sabit,

72

genişlikleri ise kanatçık biçimine uygun olarak artmaktadır. Dizaynda kanatçık sayısı ve kanal derinliği kararlaştırıldıktan sonra, verilen basınç ve sıcaklık değerlerine uygun kütle akışını sağlayacak boğaz genişliği hesaplanabilir. Akışın dalgalanma (surge) eğilimi göstermesi nedeniyle, difizör kanatçıklarının sayısı genellikle impeller kanatçıklarının sayısından daha azdır. Difizör kanallarının uzunluğu da, müsaade edilebilen maksimum genişleme açısı ve gerekli difizyon miktarı dikkate alınarak belirlenmektedir.

Şekil-4.1.37 Kanatlı difizör ve difizör akış bölgeleri (Harman-1981)

5- Volüt (Salyangoz): Hava, difizör kanatçıklarını terk ettikten sonra bir volüta (salyangoz kabuğu biçimi) ve oradan da yanma odasına gider. Volüt‟ ün görevi difizörden çıkan havayı toplamak ve kompresör çıkış borusuna ulaştırmaktır. Volüt‟ ün kompresör toplam verimi üzerinde önemli etkisi vardır.

Şekil-4.1.38 Volüt‟ ün görünümü (Meherwan-2006)

73

Basit volüt tasarımında sürtünme ihmal edildiğinden, akışın açısal momentumu sabit kalmaktadır ve basınç ile hızın θ açısına bağımlı olduğu kabul edilmektedir.