gaz türbini çalışma donanımlarının incelenmesi axstream programıyla eksenel akışlı...

8/3/2019 gaz trbini alma donanmlarnn incelenmesi axstream programyla eksenel akl kompresr ve trbin dizayn an

1/264

1

T.C.

NAMIK KEMAL NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

YKSEK LSANS TEZ

GAZ TRBN ALIMA DONANIMLARININ NCELENMES, AxSTREAMPROGRAMI LE EKSENEL AKILI KOMPRESR VE TRBN DZAYNI -

ANALZ

DouZKAN

MAKNE MHENDSL ANABLM DALI

DANIMAN: PROF. DR. AYEN HAKSEVER

TEKRDA-2009

Her hakk sakldr


2/264

i

ZET

Yksek Lisans Tezi

Gaz Trbini almaDonanmlarnn ncelenmesi, AxStream Yazlm ile Eksenel AklKompresr ve Trbin Dizayn - Analizi

Dou ZKAN

Namk Kemal niversitesiFen Bilimleri Enstits

Makine MhendisliiAnabilim Dal

Danman : Prof. Dr. Ayen HAKSEVER

Bu tezde gaz trbinleri donanmlar (kompresr, yanma odas ve trbin) hakkndaokuyucular bilgilendirmek, gaz trbinlerinin alma prensiplerini teorik ve ekillerdesteinde anlatarak zihinlerde, gaz trbinlerinin alma sisteminin canlanmasamalanmtr. Bu amaca ynelik olarak verilen teorik bilgiler bir gaz trbini firmastarafndan retimi yaplm ve halihazrda endstride kullanlmakta olan rnek bir gaztrbininden faydanlarak, gaz trbininin ana blmlerini(hava giri ksm, kompresr, yanmaodas, gaz retici trbin, g retici trbin)inceleyerek, gaz trbininin uygulamadaki alma

prensipleri anlatlmtr. Ayrca ikinci blmde, AxStream adl gaz trbini kompresr vetrbin tasarm program ile eksenel akl kompresr ve trbin tasarm yaplarak, yaplan butasarmn analizi ile ilk blmn drdnc ksmnda verilen teorik bilgilerin pekitirilmesi

salanmaya allmtr.

Anahtar kelimeler: Brayton, kompresr, kademe, difizr, yanma odas, gaz reticitrbin, gtrbini, stator, rotor, kanatk, AxStream, ak paterni, Buri, Euler.

2009, 246 sayfa


3/264

ii

ABSTRACT

MSc. Thesis

STUDIENG MAIN WORKING COMPONENTS OF THE GAS TURBINES AND AXIAL

FLOW COMPRESSOR AND TURBINE DESIGNING-ANALYZING WITH THE

AxSTREAM SOFTWARE

Dou ZKAN

Namk Kemal UniversityGraduate School of Natural and Applied Sciences

Main Science Division of Mechanical Engineering

Supervisor : Prof. Dr. Ayen HAKSEVER

In this thesis, it is aimed to inform readers about gas turbine equipments (compressor,

combustor and turbine), and to provide understanding of working principles of gas turbines by

means of theories and diagrams. In doing so, in the process of application, the working

principles of gas turbines are explained through examining the main parts of gas turbines (air

inlet region, compressor, combustor, gas producer turbine, power turbine) by making use of a

currently used gas turbine in industry which is produced by a gas turbine firm. In addition,

with the analysis of the design, in the second part, it is intended to validate the theoretical

information given in fourth chapter of the first part of the thesis through designing an axial

flow compressor and turbine by using AxStream, gas turbine compressor and turbine design

program.

Keywords: Brayton, compressor, stage, diffuzer, combuster, gas producer turbine,

power turbine, stator-rotor, blades, AxStream, flow pattern, Buri, Euler.

2009, 246 pages


4/264

iii

NSZ

Gaz trbinlerinin M.. 130lu yllarda skenderiyeli filozof Hero ile balayan icat

yolculuu 1941 ylnda Frank Whittle n patentli ilk Whittle jeti ile tamamlanm, bu

noktadan sonra srekli olarak gelimeler kat ederek gnmze gelmitir.Havaclk alanndakat edilen hzl gelimelerdier uygulama alanlarna ynelik olan gaz trbinlerinde de hzl

gelimelerin salanmasnn yolunu amtr. Gaz trbinleri dier iten yanmal makinelere

gre hafiflik, az yer igal etme, yksek tam yk verimi, ksa srede devreye alnabilme,

gvenilirlik, sessizlik ve modler yap gibi faktrlerden dolay avantajl olurken, dk sl

verim ve yksek yakt tketimi gibi nemli dezavantajlarla da karmza kmaktadr.

Gnmzde gaz trbinlerinin gelitirilmesi zerine yaplan almalar bu dezavantajlar

ortadan kaldrma ve performans arttrma odakldr. Gaz trbininin performansna etki edenalma deikenlerini basn oran, kompresr ve trbin verimleri, trbin vekompresr giri

scaklklar olarak sralamak mmkndr.Gaz trbinleri teknolojisindeki aratrma gelitirme

faaliyetleri performansa etki eden kompresr basn orann arttrma, trbin giri scakln

arttrma ve donanmlarn verimlerini arttrmak konularnda younlamtr.

Gaz trbinleri ile ilgili bu tez iki blmden olumaktadr. Birinci blm ksmdan

olumaktadr ve arlkl olarak yabanc kaynaklardan elde edilen bilgilerin derlenmesi

eklinde hazrlanmtr.Birinci blmn ilk ksmnda, gaz trbinlerinin tanm-tantm, ikinci

ksmda termodinamiksel incelemesi, nc ksmnda gaz trbinleri donanmlarnn

incelenmesi yaplmtr. Donanmlar ksmnda teorik bilgilerin uygulamaya ynelik bir rnei

olan endstriyel tip bir gaz trbininin donanmlar da ilaveten tantlarak anlatmlar

kuvvetlendirilmek istenmitir. kinci blmdezgn bir alma eklindeAxStream yazlm

ile eksenel akl kompresr ve trbin tasarlanp analizi yaplarak teorik bilgilerin

pekitirilmesi ve incelenmesi hedeflenmitir. Hazrlanan bu tezin aratrmac ve okuyuculara

faydal bir kaynak olmas dileklerimle

Tezde her trl almamda yardm ve ynlendirmelerinden tr danman hocam Prof.

Dr. Ayen Haksever e, yabanc kaynak evirilerinde yardmlarndan tr Burcu-eref stn

iftine vedesteklerinden dolay eim Glaya ok teekkr ederim.

Dou zkan

Haziran-2009


5/264

iv

BYKLKLER, BRMLER, SMGELER

1. SI Birim Sisteminin Temel BirimleriBoyut Birim Simge

Uzunluk milimetre mm

Zaman saniye s

Termodinamik scaklk kelvin KKtle kilogram kg

2. Tretilmi SI BirimleriFiziksel byklk Byklk SI Birim Birim Sembol

Sembol

G P Watt WKuvvet F Newton N

Basn p Pascal kPaHz V metre/saniye m/sEnerji E,U,W Joule J

Entalpi H joule/kilogram J/kg

Gerilme p Watt W

Celsius scaklk t degree Celsius CDzlemsel a derece Molar ktle M kilogram/mol kg/molKtlesel younluk kilogram/metrekpViskozite kilogram/metre saniye kg/(m.s)

Entropi s joule/kilogram.kelvin J/(kg.K)

Devir hz U rotation per minute rpmKtle debisi kilogram/saniye kg/sHacimsel debi metrekp/saniyeGaz sabiti R joule/kilogram.kelvin J/(kg.K)Elektrik potansiyel fark E, , , , volt V

3. SI Birimleri ile kullanlabilen SI olmayan BirimlerBirim Sembol

Dakika min

Gal galon

FeetkpFahrenayt F
http://www.gordonengland.co.uk/conversion/siderived1.htm#celsius#celsiushttp://www.gordonengland.co.uk/conversion/siderived1.htm#celsius#celsius


6/264

v

NDEKLER

ZET ................................................................................................................................. i

ABSTRACT........................................................................................................................ ii

NSZ. iiiSMGELER ve KISALTMALAR DZN. iv

NDEKLER.... v

EKLLERDZN..... x

ZELGELER DZN... xvii

1. GR 1

2. GAZ TRBNNN TANIMI VE TANITIMI......... 4

2.1 Gaz trbini tanm ve dizayn.. 42.2 Gaz trbinlerinin snflandrlmas.. 7

2.3 rnek bir gaz trbininin tantm 8

2.3.1 alma prensibi. 9

3. GAZ TRBNLERNN TERMODNAMKSEL NCELEMES........ . 11

3.1 Teorik ve ideal evrimlerin incelenmesi.... 11

3.1.1 Brayton evrimi......... 11

3.1.1.1 evrimin sl verimi....... 15

3.1.1.2 Gaz trbinini oluturan elemanlarn evrimdeki verimleri 16

3.1.1.2.1 Kompresr verimi ve gerekli beygir gc.... 16

3.1.1.2.2 Trbin verimi ve retilen trbin beygir gc....... 17

3.1.1.2.3 G trbini verimi ve g retimi. 18

3.1.2 deal rejeneratrl Brayton evrimi.. 203.1.3 deal ara soutmal, stmal, rejeneratrl Brayton evrimi.... 223.2 Gerek gaz trbini evriminin ideal evrimden farkll 243.3 Gerek gaz trbini evrimlerinin incelenmesi. 26

3.3.1 Basit tek aftl gerek evrim... 26

3.3.2 ift aftl basit gerek evrimli gaz trbinleri... 27

3.3.3 Rejeneratrl gerek evrim...... 29

3.3.4 Ara soutmal basit gerek evrim 30

3.3.5 Ara stmal gerek evrim... 31

3.3.6 Ara stmal soutmal rejeneratl gerek evrim.. 32

3.3.7 Buhar enjekteli gerek evrim....................................................... 33


7/264

vi

4. GAZ TRBNLER TEMEL DONANIMLARI ve

DONANIMLARIN NCELENMES 36

4.1 Kompresrler... 36

4.1.1 Eksenel akl kompresrler. 37

4.1.1.1 alma prensibi... 38

4.1.1.2 Eksenel akl kompresr aerodinamii ve aerotermodinamii...... 40

4.1.1.2.1 Eksenel akl kompresr kademe hz incelemesi ve vektrel

hz diyagramlar.............................................. 42

4.1.1.2.2 Eksenel akl kompresrlerde reaksiyon oran.......... 44

4.1.1.2.3 Radyal denge....... 47

4.1.1.3 Eksenel akl kompresr kanatklarnn incelenmesi........... 48

4.1.1.3.1 Yayma faktr..... 50

4.1.1.3.2 Giri as..... 50

4.1.1.3.3 Sapma... 52

4.1.1.3.4 Kanatk profilleri... 53

4.1.1.3.5 Kompresr ve kanatk imalat materyalleri 55

4.1.1.4 Eksenel akl kompresrn performans........ 56

4.1.1.4.1 Eksenel akl kompresr performansna etki eden kayplar... 58

4.1.1.4.2 Boulma (Choke)............. 60

4.1.1.4.3 Stall (Duraanlk) durumu.......... 60

4.1.1.4.4 Ak dalgalanmas (Surge).. 61

4.1.2 Radyal Akl Kompresrler........... 63

4.1.2.1 alma prensibi.............. 63

4.1.2.2 Radyal aklkompresr kademesi ve kademe elamanlarnn incelenmesi.... 65

4.1.2.3 Kademe aerodinamii ve hz profillerinin incelenmesi... 73

4.1.2.3.1 mpeller zerindeki akn incelenmesi.. 77

4.1.2.3.1.1 Meridyenel dzlemdeak... 79

4.1.2.3.1.2 ki kanat aras dzlemdeki ak 80

4.1.2.3.1.3 Kayma faktr (Slip)................... 81

4.1.2.3.2 Kademedeki akn termodinamiksel incelenmesi. 85

4.1.2.4 Radyal aklkompresrn performans..... 91

4.1.2.4.1 Gerek ak kayplar............... 92

4.1.2.4.1.1 mpellerde meydana gelen kayplar............................................................. 924.1.2.4.1.2 Difizr ve voltte (stator) meydana gelen kayplar................ 94


8/264

vii

4.1.4.2 Ak dalgalanmas (Surge)................ 94

4.1.4.3 Boulma................ 96

4.1.3 Eksenel-radyal akl kompresrler......... 96

4.1.4 Eksenelakl ve radyal akl kompresrlerin karlatrlmas.. 97

4.1.5 rnek gaz trbininin kompresrnn tantm... 99

4.1.5.1 Hava giri manifoldu............ 100

4.1.5.2 Kompresr muhafazas ve stator...... 100

4.1.5.3 Kompresr rotoru. 102

4.1.5.4 Difizr ksm 103

4.2 Yanma Odalar.. 105

4.2.1 Yanma odasnn zellikleri... 105

4.2.2 Yanma odasnn gereksinimleri.... 106

4.2.3 Yanma odasnn blmleri... 106

4.2.3.1 Birinci blge..... 107

4.2.3.2 kinci blge... 108

4.2.3.3 Dilisyon (nc blge) blgesi. 108

4.2.4 Yanma odastipleri... 109

4.2.4.1 Boru eklindeki yanma odalar. 109

4.2.4.2 Halka eklindeki yanma odalar... 110

4.2.4.3 Boru-halka eklindeki yanma odalar... 111

4.2.5 Yanma odasndaki yanmann kimyas.. 112

4.2.6 Gaz trbini yanma odalarnda kullanlan yaktlar 113

4.2.7 Yakt atomizasyonu ve yaktn pskrtlmesi..... 114

4.2.8 Yanma odas performans 115

4.2.8.1 Basn dmesi.... 115

4.2.8.2 Yanma verimi.. 116

4.2.8.3 k scaklk dalm. 116

4.2.8.4 Kararl alma aral...... 116

4.2.9 Yanma odas imalat ve imal materyalleri 117

4.2.10 rnek gaz trbini yanma odasnn tantm.. 117

4.3 Trbinler... 119

4.3.1 Eksenel akl trbinler. 120

4.3.1.2 alma prensibi... 1214.3.1.3 Eksenel akl trbin eitleri 121


9/264

viii

4.3.1.4 Eksenel akl trbin aerodinamii ve aerotermodinamii.. 125

4.3.1.4.1 Kademe hz incelemesi ve vektrel hz diyagramlar.. 125

4.3.1.4.2 Kademe reaksiyon oran.. 126

4.3.1.4.3 Eksenel akl trbin kanatlarnn incelenmesi. 128

4.3.1.4.3.1 Kanatk profilleri 128

4.3.1.4.3.2 Kompresr kanatklar ile trbin kanatklar arasndaki farkllklar 131

4.3.1.4.3.3 Kanatk scaklklar ve kanatklarn soutulmas.... 132

4.3.1.4.3.4 Kanatk imalat.. 134

4.3.1.4.4 Eksenel akl trbin performans 136

4.3.1.4.4.1 Performans etkileyen kayplar 138

4.3.1.5 Eksenel akl trbin imalat............................................................................ 139

4.3.2 Radyal akl trbinler. 140

4.3.2.1 alma prensibi.. 141

4.3.2.2 Kademe aerodinamii, aerotermodinamii ve hz profilleri... 141

4.3.2.3 Radyal akl trbin imalat. 144

4.3.3 Eksenel akl trbin ile radyal akl trbinin karlatrlmas... 144

4.3.4 rnek gaz trbini trbininin tantm...... 145

5. AXSTREAM YAZILIMI LE EKSENEL AKILI KOMPRESR

ve TRBN TASARIMI-ANALZ.............................................................. 148

5.1 Tasarm ve Analize Giri. 148

5.2 Eksenel Akl Kompresr Tasarm.... 149

5.2.1 Kompresr termodinamii... 152

5.2.2 Kompresr aerodinamii. 159

5.2.2.1 1. Kademe vektrel hz diyagramlar ve deerleri... 159





5.2.3 Kanatk aerodinamii ve geometrisi.. 167

5.2.4 Eksenel akl kompresrn analizi. 178

5.3 Eksenel Akl Trbin Dizayn ve Analizi 190

5.3.1 Eksenel akl trbin dizayn 191

5.3.1.1 Trbin termodinamii.. 1945.3.1.2 Trbin aerodinamii.... 197


10/264

ix

5.3.1.2.1 1. Kademe vektrel hz diyagramlar ve deerleri.. 197

5.3.1.2.2 2. Kademe vektrel hz diyagramlar ve deerleri.. 1985.3.1.3 Kanatk aerodinamii ve geometrisi... 2025.3.2 Eksenel akl trbinin analizi... 210

6. ARATIRMA BULGULARI ve TARTIMA... ........ 234

6.1 Eksenel Akl Kompresr le lgili Aratrma Bulgular 234

6.2 Eksenel Akl Trbin le lgili Aratrma Bulgular... 238

7. SONU... 2448. KAYNAKLAR.. 245

ZGEM. 247


11/264

x

EKLLER DZN

Sayfa No

ekil 2.1 Gaz trbinleri prensipte dier iten yanmal makineler gibidir.................. 4ekil 2.2 Gaz trbini tanm.. 5

ekil 2.3 Solar T-1000 S modeli gaz trbini ... 9ekil 2.4 Gaz trbini alma prensibi ve trbindeki hava ak ..... 10ekil 3.1 Ak evrim... 11ekil 3.2 Ak evrim gaz trbini uygulamas..... 12ekil 3.3 Kapal evrim 12ekil 3.4 Kapal evrim gaz trbini uygulamas . 13ekil 3.5 evrim basn-scaklk ilikisi ......... 13ekil 3.6 evrim basn hacim ilikisi 14ekil 3.7 evrim scaklk-entropi ilikisi. 14ekil 3.8 Brayton evrimi ... 16ekil 3.9 evrim basn oran-yanma scakl ilikisi ...... 19ekil 3.10 Rejeneratrl ideal evrim .......... 20ekil 3.11 Rejeneratrl evrimin scaklk entropi deiimi ....... 21ekil 3.12 Basn oran ile verime olan rejeneratr etkisi.... 22ekil 3.13 Ara soutma-stmal, rejeneratrl evrim. 23ekil 3.14 Ara soutma-stmal, rejeneratrl evrim scaklk entropi diyagram.. 23ekil 3.15 Gerek ile ideal evrim scaklk-entropi diyagram. 24ekil 3.16 Gerek Basit Brayton evriminin T-s Diyagram .. 26ekil 3.17 Tek aft gerek evrimli gaz trbinin performans . 27ekil 3.18 ift aftl gerek evrimli gaz trbini.. 28ekil 3.19 ift aftl gerek evrimli gaz trbinin T-s diyagram. 28

ekil 3.20 ift kompresrl rejeneratrl gerek bir evrimde basn orannave trbin giri scaklna bal olarak sl verimin deiimi....... 29ekil 3.21 ift aftl gerek evrimli rejeneratrl gaz trbini performans. 30ekil 3.22 Ara soutmal gaz trbinin performans diyagram....... 31ekil 3.23 Ara soutmal ve rejeneratrl gerek evrimin ift aftlgaz trbininde sktrma ve trbin giri scaklna gre performans diyagram. 31ekil 3.24 Ara stmal gaz trbini evriminin performans 32ekil 3.25 Rejeneratrl ara stmal soutmal ift aftl gerek evrimli

gaz trbini evriminin T-s diyagram. 32ekil 3.26 Ara stmal-soutmal rejeneratrl evrimin performans diyagram... 33ekil 3.27 Buhar enjekteli gerek evrim 33

ekil 3.28 % 5 Buhar enjekteli ve basit gerek evrimin karlatrmas 35ekil 3.29 Buhar enjekteli evrimin trbin giri scaklna ve sktrmaoranna gre performans.... 35

ekil 4.1.1 Endstride ve gemi uygulamalarnda kullanlan tipik bir gaz trbinindehavann ana elamanlar arasndaki scaklk, basn, hz erileri ve deerleri. 36ekil 4.1.2 Yllara gre havaclk ve endstriyel gaz trbinlerinde kompresr sktrmaoranlarndaki gelime diyagram... 37ekil 4.1.3 Eksenel akl kompresr rotor ve statoru.. 38ekil 4.1.4 Eksenel akl kompresr kademesi 39ekil 4.1.5 Eksenel akl bir kompresrde hz, scaklk ve basn deiim

diyagram... 39

ekil 4.1.6 Eksenel akl kompresr kanatklarna etki eden kuvvetler. 40


12/264

xi

ekil 4.1.7 Kompresr kanatlarna havann geli asna gre kanat yzeyindekihavann davranlar 41

ekil 4.1.8 Srtnme ve kaldrma katsaylar erileri 42ekil 4.1.9 Eksenel akl kompresr kademesi hz diyagram. 43ekil 4.1.10 Vektrel hz genleri. 44

ekil 4.1.11 % 50 Reaksiyon kademesi iin simetrik vektrel hz genleri. 45ekil 4.1.12 Eksenel akl i ak kademesi (asimetrik) hz diyagram. 46ekil 4.1.13 Eksenel akl d akl kademe hz diyagram... 47ekil 4.1.14 Eksenel akl akl kompresr kanatk profili. 49ekil 4.1.15 Eksenel akl kompresr kanat profili parametreleri. 50ekil 4.1.16 Sfr kavis as diyagram.. 51ekil 4.1.17 m sabiti 51ekil 4.1.18 Dzeltme sabiti K, maksimum kanat kalnn % 10 nundan

farkl deerler iin... 51ekil 4.1.19 Giri as iin Mach says dzeltme katsays... 52ekil 4.1.20 Sapma kontrol deeri.. 53

ekil 4.1.21 NACA 65A010 Serisi kanatk ekli.. 54ekil 4.1.22 NACA 65 serisi kanatk profilleri 54ekil 4.1.23 NACA 65 serisi kanatk profillerine ait kavis as-kaldrma

kuvveti katsays.... 55ekil 4.1.24 Kanat profillerinin rzgar tnellerinde test edilmesi 55ekil 4.1.25 Eksenel akl kompresrn performans enerji ak diyagram. 60ekil 4.1.26 Eksenel akl kompresr performans diyagram... 62ekil 4.1.27 Radyal akl kompresrn alma ekli... 64ekil 4.1.28 Radyal aklkompresr ve kompresrdeki basn hz art 65ekil 4.1.29 Radyal akl kompresrn grn 65ekil 4.1.30 Radyal aklkompresr kademesi 66ekil 4.1.31 Radyal aklkompresr konfgirasyonu.. 66ekil 4.1.32 ift ve tek girili indser 67ekil 4.1.33 Tipik ift ve tek tarafl impellerler.. 68ekil 4.1.34 Kanat eitlerine gre impeller... 68ekil 4.1.35 Geometrilerine gre difizrler. 70ekil 4.1.36 Boru ve kanal tipi difizrler 71ekil 4.1.37 Kanatl difizr ve difizr ak blgeleri.. 72ekil 4.1.38 Volt n grnm 72ekil 4.1.39 Klavuz kanatksz indserdeki hz diyagram.. 73ekil 4.1.40 Klavuz kanatkl indser hz diyagram 74

ekil 4.1.41 Arkaya kavisli kanatl impeller hz diyagram. 75ekil 4.1.42 Radyal kanatkl impeller hz diyagram 76ekil 4.1.43 ne kavisli kanatl impeller ) hz diyagram.. 77ekil 4.1.44 mpeller zerindeki akn paterni... 78ekil 4.1.45 mpellerdeki ak paterninin boyutlu gsterimi. 78ekil 4.1.46 mpeller zerindeki ak alanlar. 79ekil 4.1.47 Kanat meridyenel dzlemindeki ak.. 79ekil 4.1.48 ki kanat aras dzlemdeki ak.. 81ekil 4.1.49 mpeller k asndaki kayma faktr 82ekil 4.1.50 mpeller kanatklarndaki ak.. 83ekil 4.1.51 Arkaya kavisli impeller iin kanatk k hz diyagram 84

ekil 4.1.52 Stadolo nn kayma faktrteoremi ak modeli 84


13/264

xii

ekil 4.1.53 mpeller geometrisine gre radyal aklkompresr basn ve akkatsaylar... 86

ekil 4.1.54 mpeller dn hzna karlk sktrma oranlar.. 87ekil 4.1.55 Radyal aklkompresr kademesindeki entalpi-entropi deiimi. 88ekil 4.1.56 Ak katsays-reaksiyon derecesi... 90

ekil 4.1.57 Reaksiyon derecesi-basn katsays... 91ekil 4.1.58 Pozitif ve negatif indser giri alar. 92ekil 4.1.59 mpellerdeki srtnme kayplar. 93ekil 4.1.60 mpellerde meydana gelen sznt kayplar 93ekil 4.1.61 Radyal aklkompresrdeki kayplar diyagram.. 94ekil 4.1 62 Radyal aklkompresr performans diyagram.... 95ekil 4.1.63 Eksenel-radyal akl kompresrler... 97ekil 4.1.64 Eksenel ile radyal akl kompresrlerin basn oran-verim

karlatrmas. 98ekil 4.1.65 Eksenel ile radyal akl kompresrlerin hz verim karlatrmas. 99ekil 4.1.66 Eksenel ile radyal akl kompresrlerin ak ile basnca karlk

gelen verim erileri diyagramlarnn karlatrlmas... 99ekil 4.1.67 Kompresr muhafazas ve stator... 101ekil 4.1.68 Kompresr rotoru.. 102ekil 4.1.69 Difizr keysi.. 104ekil 4.2.1 Gaz trbini yanma odas... 107ekil 4.2.2 Lucas yanma odalarndaki ak paterni.... 108ekil 4.2.3 Yanma odas biimleri.. 109ekil 4.2.4 Tekli boru tipi yanma odas.. 110ekil 4.2.5 oklu boru tipi yanma odas 110ekil 4.2.6 Halka tipi yanma odas. 111ekil 4.2.7 Boru-halka tipti yanma odalar. 112ekil 4.2.8 rnek gaz trbinimizin yanma odasnn grn... 118ekil 4.2.9 rnek gaz trbinin yanma odas.. 119ekil 4.3 1 Eksenel akl trbin nozulu ve rotoru. 120ekil 4.3.2 Eksenel akl tbin ak diyagram. 121ekil 4.3.3 Tekli ve multi tip trbin uygulamas 122ekil 4.3.4 mpals trbin kademesi termodinamii 123ekil 4.3.5 Reaksiyon trbini termodinamii. 123ekil 4.3.6 mpals ve reaksiyon kademelerinin grnm. 124ekil 4.3.7 mpals-reaksiyon tipi trbin kanad.. 124ekil 4.3.8 Gaz retici ve g retici trbinler 125

ekil 4.3.9 Trbin kademesi vektrel hz diyagramlar. 126ekil 4.3.10 eitli reaksiyon oranlarna karlk vektrel hz diyagramlarnndeiimi. 128

ekil 4.3.11 C-4 Trbin kanatk profili 129ekil 4.3.12 T-6 Trbin kanatk profili 129ekil 4.3.13 Temel kanatk geometrisi. 130ekil 4.3.14 mpal tipi trbin kanatk profilleri 131ekil 4.3.15 Eksenel akl kompresr ve trbin kanatlarnn geometrik

olarak karlatrlmas 132ekil 4.3.16 Trbin kademesi soutma aranjman. 133ekil 4.3.17 Trbin rotor kanatklarnn soutulmas.. 134

ekil 4.3.18 Kanatklar iin radyalgerilmeler diyagram.... 134ekil 4.3.19 Eksenel akl trbin vektrel hz diyagram. 136


14/264

xiii

ekil 4.3.20 Nozul kolonundaki entalpi-entropi deiimi. 137ekil 4.3.21 Rotor kolonundaki entalpi-entropi deiimi. 137ekil 4.3.22 Ak ve muhafazal tip trbin kanatlar 139ekil 4.3.23 Muhafazal tip kanatklara sahip eksenel akl gaz retici trbinden

bamszolan g trbini.. 140

ekil 4.3.24 Radyal akl trbinde ak... 141ekil 4.3.25 Dirsekli ie akl tip radyal trbin... 141ekil 4.3.26 Kark ie akl radyal trbin. 142ekil 4.3.27 Kark ie akl radyal trbin donanmlar ve hz profilleri... 142ekil 4.3.28 Radyal trbin evrimindeki entalpi-entropi deiim diyagram.. 144ekil 4.3.29 rnek gaz trbininin trbin ksm 145ekil 5.2.1 Projenin ayarlanmas 149ekil 5.2.2 Eksenel kompresr hesaplama yntemleri.. 150ekil 5.2.3 Preliminary desing ksmna ana parametrelerin girilmesi 151ekil 5.2.4 Tasarm yaplan klavuz kanatl 5 kademeli kompresr. 152ekil 5.2.5 Eksenel akl kompresrn entalpi-entropi diyagram... 153

ekil 5.2.6 Eksenel akl kompresrn ak paterni. 154ekil 5.2.7 1. Kademe akpaterni 154ekil 5.2.8 2. Kademe akpaterni 155ekil 5.2.9 3. Kademe ak paterni 156ekil 5.2.10 4. Kademe akpaterni 156ekil 5.2.11 5. Kademe akpaterni 157ekil 5.2.12 Kompresr termodinamiksel diyagram.. 158ekil 5.2.13 Kompresr termodinamiksel diyagramlar.. 159ekil 5.2.14 1. Kademe vektrel hzlar ve alar .. 159ekil 5.2.15 2. Kademe vekrel hzdiyagramlar 160ekil 5.2.16 2. Kademe vektrel hz diyagramlar ve alar... 160ekil 5.2.17 3. Kademe vektrel hz diyagramlar... 161ekil 5.2.18 3. Kademe vektrelhz diygaramlar ve alar 161ekil 5.2.19 4. Kademe vektrel hzdiyagramlar 162ekil 5.2.20 4. Kademe vektrel hz diygaramlar ve alar 162ekil 5.2.21 5. Kademe vektrel hzdiyagramlar 163ekil 5.2.22 5. Kademe vektrel hz diyagramlar ve alar 163ekil 5.2.23 Stator alar. 164ekil 5.2.24 Rotor alar. 165ekil 5.2.25 Stator hzlar 165ekil 5.2.26 Rotor hzlar. 165

ekil 5.2.27 Mach saylar 166ekil 5.2.28 Kompresr kayplar 166ekil 5.2.29 Reaksiyon oran... 166ekil 5.2.30 Stator profil diyagram 169ekil 5.2.31 Rotor profil diyagram. 170ekil 5.2.32 1. Kademe stator kanatlar 170ekil 5.2.33 2. Kademe stator kanatlar 170ekil 5.2.34 3.Kademe stator kanatlar. 171ekil 5.2.35 4. Kademe stator kanatlar 171ekil 5.2.36 5. Kademe stator kanatlar 171ekil 5.2.37 2. Kademe rotor kanatlar. 172

ekil 5.2.38 3. Kademe rotor kanatlar. 172ekil 5.2.39 4. Kademe rotor kanatlar. 172


15/264

xiv

ekil 5.2.40 5. Kademe rotor kanatlar. 172ekil 5.2.41 1. Kademe stator aerodinamik diyagramlar.. 173ekil 5.2.42 5. Kademe stator aerodinamik diyagramlar. 174ekil 5.2.43 2. Kademe rotor aerodinamik diyagramlar... 175ekil 5.2. 44 5. Kademe rotor aerodinamikdiyagramlar... 176

ekil 5.2.45 1D analiz hesaplamas.. 177ekil 5.2.46 Kompresr performans haritasnn karlmas. 178ekil 5.2.47 1D analiz hesaplamalar sonucunda basn oran-ktle debisi iliki 178ekil 5.2.48 1D analiz hesaplamalar sonucunda basnoran-verim ilikisi... 179ekil 5.2.49 2D analiz hesaplamas... 179ekil 5.2.50 2D analiz sonularnda devir-ktle debisi-basnoran arasndaki iliki... 180ekil 5.2.51 2D analiz sonucu devir-g-ktle debisi arasndaki iliki.. 180ekil 5.2.52 Kompresr kanat imal materyalinin zellikleri.. 181ekil 5.2.53 Stator statik durum iin gerilme simlasyonu 181ekil 5.2.54 Stator 246.4 Hz frekans iin gerilme simlasyonu 182ekil 5.2.55 Stator 414.8 Hz frekans iin gerilme simlasyonu 182

ekil 5.2.56 Stator 2287.5 Hz frekans iin gerilme simlasyonu.. 183ekil 5.2.57 Stator 5504.1 Hz frekans iin gerilme simlasyonu.. 183ekil 5.2.58 Rotor statik durum iin gerilme simlasyonu. 184ekil 5.2.59 Rotor 694.4 Hz frekans iin gerilme simlasyonu 184ekil 5.2.60 Rotor 1117.7 Hz frekans iin gerilme simlasyonu. 185ekil 5.2.61 Rotor 3193.9 Hz frekans iin gerilme simlasyonu. 185ekil 5.2.62 Rotor 3787.2 Hz frekans iin gerilme simlasyonu. 186ekil 5.2.63 3. Kademe rotor kanatlar potansiyel ak iin statik basn gsterimi. 187ekil 5.2.64 3. Kademe rotor kanatlar potansiyel ak iin statik basn

dalm diyagram. 187ekil 5.2.65 3. Kademe rotor kanatlar potansiyel ak iin toplam entalpi

deerleri... 188ekil 5.2.66 3. Kademe stator kanatlar potansiyel ak iin statik scaklk

deerleri... 188ekil 5.3.1 Dizayn iin Turbine preliminary design sayfasna

parametrelerin girilmesi.... 191ekil 5.3.2 Dizayn edilen trbinin ak paterni ve deerleri.. 192ekil 5.3.3 Optimize edilmitrbin ak paterni .. 192ekil 5.3.4 Optimizasyonu yaplan trbinin yeni ak paterni ve deerleri....... 193ekil 5.3.5 Entropi-entalpi diyagram.... 194ekil 5.3.6 Tasarm yaplan trbinin termodinamiksel diyagram 195

ekil 5.3.7 1. Kademe optimizasyon sonras kademe ak paterni... 196ekil 5.3.8 1.Kademe vektrel hz diyagramlar... 196ekil 5.3.9 1. Kademe ak vektrel hz diyagramlarnn a ve

kanatlara gre gsterimi.. 197ekil 5.3.10 2. Kademe optimizasyon sonraskademe ak paterni 198ekil 5.3.11 2. Kademe vektrel hz diyagramlar.. 198ekil 5.3.12 2. Kademe ak vektrel hz diyagramlarnn a ve

kanatlara gre gsterimi.. 198ekil 5.3.13 Nozul alar.... 199ekil 5.3.14 Rotor alar. 199ekil 5.3.15 Nozullardan sonraki hzlar.. 200

ekil 5.3.16 Rotorlardan sonraki hzlar... 200ekil 5.3.17 Reaksiyon oranlar... 200


16/264

xv

ekil 5.3.18 Rotor ve stator kayplar.. 201ekil 5.3.19 Kademe Mach saylar. 201ekil 5.3.20 Kanak profillerine ait diyagram.... 203ekil 5.3.21 1. Kademe stator ve nozulu X-Y-Z dzleminde gsterimi.. 203ekil 5.3.22 1. Kademe nozul ve rotor kanat dizilimleri. 204

ekil 5.3.23 2. Kademe stator ve nozulu X-Y-Z dzleminde gsterimi.. 204ekil 5.3.24 2. Kademe nozul ve rotor kanat dizilimleri.. 205ekil 5.3.25 1. Kademe nozullar aerodinamik diyagramlar 206ekil 5.3.26 1. Kademe rotoru aerodinamikdiyagramlar.... 207ekil 5.3.27 2. Kademe statoru aerodinamik diyagramlar... 208ekil 5.3.28 2. Kademe rotoru aerodinamik diyagramlar 209ekil 5.3.29 1D Trbin analizi...... 210ekil 5.3.30 2D Trbin analizi.. 211ekil 5.3.31 Performans diyagram.. 212ekil 5.3.32 Performans diyagram.. 213ekil 5.3.33 3D Boyutlu performans diyagram... 214

ekil 5.3.34 1. Kademe nozul kanatlar iin Buri diygaram....... 215ekil 5.3.35 1. Kademe rotor kanatklar Buri diyagram.. 216ekil 5.3.36 1. Kademe rotor kanat profilinin eriler araclyla dzeltilmesi.. 217ekil 5.3.37 Eriler araclyla yaplan dzelme sonucunda rotor kanat profili 217ekil 5.3.38 1. Kademe rotor kanatklarnn dzeltme sonras durumu. 218ekil 5.3.39 1. Kademe rotor kanatlarnn optimizasyon sonras durumu 219ekil 5.3.40 Optimize edilen1. kademe trbin kanatklarnn

3 boyutlu tam grnm... 220ekil 5.3.41 1. Kademe nozul kanad iin statik durum maksimum gerilmeler........ 221ekil 5.3.42 1. Kademe nozul kanad iin 457.3 Hzfrekans gerilmeleri. 221ekil 5.3.43 1. Kademe nozul kanad iin 1400.7 Hzfrekans gerilmeleri.. 222ekil 5.3.44 1. Kademe nozul kanad iin 2537 Hzfrekans gerilmeleri. 222ekil 5.3.45 1. Kademe nozul kanad iin 3252.1 Hz frekans gerilmeleri. 223ekil 5.3.46 2. Kademe rotor kanad iin statik durum gerilmeleri. 223ekil 5.3.47 2. Kademe rotor kanad iin 984.4 Hzfrekans gerilmeleri. 224ekil 5.3.48 2. Kademe rotor kanad iin 2714.0 Hz frekans gerilmeleri... 224ekil 5.3.49 1. Kademe toplam basnlar iinEulerak paterni 225ekil 5.3.50 1. Kademe toplam scaklklar iinEulerak paterni.. 225ekil 5.3.51 1.Kademe bal hzlar.. 226ekil 5.3.52 1.Kademe toplam entalpi deiimleri.. 226ekil 5.3.53 1. Kademe Mach saylar. 227

ekil 5.3.54 2. Kademe statik basnlar iinEulerak paterni.. 227ekil 5.3.55 2. Kademe statik scaklklar iinEulerak paterni 228ekil 5.3.56 1. Kademe statik entalpiler iinEulerak paterni.. 228ekil 5.3.57 2. Kademe statik entalpiler iinEulerak paterni.. 229ekil 5.3.58 1. Kademe entropi iinEulerak paterni.... 229ekil 5.3.59 1. Kademe k alar iinEulerak paterni. 230ekil 5.3.60 1. Kademe bal hzlar iinEulerak paterni. 230ekil 5.3.61 2. Kademe toplam basn iinEulerak paterni. 231ekil 5.3.62 2. Kademe toplam scaklk iinEulerak paterni.. 231ekil 5.3.63 2. Kademe toplam entalpiler iinEulerak paterni... 232ekil 5.3.64 2. Kademe bal hzlar iinEulerak paterni 232

ekil 6.1.1 20 C evre scaklnda rotordaki bal Mach saylar.. 236ekil 6.1.2 -20 C evre scaklnda rotordaki bal Mach saylar. 237


17/264

xvi

ekil 6.2.1 Rotor ve nozul kolonundaki tanjaltsal hz deiimi.... 239ekil 6.2.2 Trbin kademelerindeki statik basn.. 240ekil 6.2.3 Rotor ve nozul kolonlarndaki bal hz deerleri... 241


18/264

xvii

ZELGELER DZN

Sayfa no:

izelge 4.1 Radyal akl kompresr impelleri avantaj ve dezavantajlar. 69

izelge 4.2 Eksenel ve radyal akl kompresrlerin karlatrlmas 98izelge 5.2.1 Temel dizayn parametreleri... 150izelge 5.2.2 1.Kademe termodinamiksel deerleri 155izelge 5.2.3 2. Kademe termodinamiksel deerleri 155izelge 5.2.4 3. Kademe termodinamiksel deerleri 156izelge 5.2.5 4. Kademe termodinamiksel deerleri 157izelge 5.2.6 5. Kademe termodinamiksel deerleri 157izelge 5.2.7 1. Kademe hz ve a deerleri 160izelge 5.2.8 2. Kademe hz ve a deerleri 161izelge 5.2.9 3. Kademe hz ve a deerleri 162izelge 5.2.10 4. Kademe hz ve a deerleri163

izelge 5.2.115. Kademe hz ve a deerleri164izelge 5.2.121. Kademe kanat profil deerleri 167izelge 5.2.13 2. Kademe kanat profil deerleri 167izelge 5.2.14 3. Kademe kanat profil deerleri 168izelge 5.2.15 4. Kademe kanat profil deerleri 168izelge 5.2.165. Kademe kanat profil deerleri 169izelge 5.3.1 Trbin temel dizayn parametreleri...... 190izelge 5.3.2 1. Kademe termodinamiksel deerler 194izelge 5.3.3 2. Kademe termodinamiksel deerler 195izelge 5.3.4 1. Kademe hz ve a deerleri.. 197izelge 5.3.5 2. Kademe hz ve a deerleri...... 199izelge 5.3.6 1. Kademe kanatk profil deerleri.. 202izelge 5.3.7 2. Kademe kanatk profil deerleri...... 202izelge 5.3.8 Trbin 1D ve2D analizleri 211izelge 6.1 Eksenel akl kompresrde termodinamiksel deerlerin deiimi... 233izelge 6.2 Tasarm yaplan kompresrn termodinamiksel deerleri.. 234izelge 6.3 Kademe ak giria deerleri 235izelge 6.4 eitli trbin giri scaklklarnakarlk verim deerleri 237izelge 6.5 Kompresr ile trbin deerlerinin karlatrlmas.. 238izelge 6.6 Trbin toplam basn deerleri 242


19/264

1

1. GR elde etmekte kullanlan doal enerji kaynaklar yaktlardr ve yakc olarak da genellikle

atmosferik havann oksijeni kullanlmaktadr. Gnmzde kullanlan motorlar genel olarak

iten yanmal ve dtan yanmal motorlar olmak zere ikiye ayrlmaktadrlar.Dtan yanmal motorda, kimyasal ya da atomik reaksiyonlar sonucunda elde edilen s,

, helyum veya baka bir termodinamik maddeye aktarlr ve bu maddenin hareketli bir

piston veya trbin kanatklarna etki ettirilmesi ile i retilir. rnein, kapal sistem gaz

trbinleri dtan yanmal motorlardr.

ten yanmal motor ileminde ise, reaksiyon rnleri termodinamik maddenin kendisidir.

bu rnler ya bir pistona veya trbin kanatklarna etki ederek yada bir k aznda (nozul)

genilemeleri srasnda kazandklar yksek hzn salad jet itme kuvvetiyle (thrust) iyaparlar. (etinkaya-1999)

Gaz trbinlerialma havas atmosfer havas olan bir trbin motorudurve gnmzde ok

eitli uygulama alanlarna sahiptirler. Havaclkta kullanlan jet motorlar ve helikopter

motorlarnn yan sra gemilerin ana ve yardmc tahrik mekanizmalarn oluturmak zere

deniz (marine) gaz trbinleri, kara aralarnda ise kamyon, hzl tren ve tanklarda, endstride

elektrik retiminde ve pompa evirme gibi alanlardagaz trbinleri kullanlmaktadr.

Gaz trbininin temel tanmn yapacak olursak, gaz trbini dnen kompresrde havay

sktran, yanma odasndayakt-hava karmnyakarak yanm gazlarn elde edilmesini ve

bunlarn trbinde genilemesini salayarak i elde edeniten yanmal bir makinedir.

Gaz trbinleri kompresr, yanma odas ve trbin olmak zere ana donanmdan

olumaktadr. Gaz trbinlerinin g/arlk ve g/hacim oranlarnn yksek olmas ve

modler yaplar ile dier iten yanmal makinelere gre daha fazla g elde etmelerine

ramen sl verimlerinin dk olmas ve yksek zgl yakt tketimlerine sahip olmalar bu

tip makinelerin en byk problemi olmaktadr. Gnmzde mhendisler bu problemin

stesinden gelmek amacyla youn almalar yapmaktadrlar.

Gaz trbinleri donanmlarnn verimleri gaz trbininin alma performansn nemli lde

etkilemektedir. Performansn daha iyi anlalmas iin bu kavram aacak olursak,

performans, gerek retici gerekse operatrlerin persfektifinden bakldnda gaz trbininin

ekonomik ve yaamsal kabiliyetinin odanda olmaktadr. Performans itme veya aft gc,

verilmi yakt ak, arlk, emisyon, makine ap ve nit maliyetlerinden olumaktadr. Bu

temelde reticinin ne sattna ve operatrn en aldna baldr. Eer retici dk

performansl bir gaz trbini tasarlarsa bu tip rn satmak iin mcadele edecek belki de


20/264

2

projesinde maddi kayplara urayacaktr. Eer operatr de dk performansl bir gaz trbini

alrsa maddi kayba uramas kanlmaz olacaktr. Mhendisler modern ekonomik artlar

altnda gaz trbinlerine teknik bak alarndan ok fazla odaklanamamaktadrlar. (Walsh ve

Fletcher-2004)

Dier nemli iki performans parametresi ise kompresr basn oran ve trbin giri

scakldr. Her trbin giri scakl iin verim, belirli bir basn orannda en yksek

deerine ulamaktadr. Yksek basn oranlarnda verimin azalmasnn nedeni; yksek

sktrma sonu scakl ve sabit olan trbin giri scakl nedeniyle, fazla yakt

kullanlamay ve buna kar, yksek basn oranl kompresr evirmek iin gerekli iin

fazla olmasdr. Basn oran-verim ile trbin giri scakl-verim ilikileri donanmlar

ksmnda daha detayl olarak incelenecektir.

Gnmzde malzeme bilimindeki gelimelere paralel olarak, scaa dayankl trbin

kanatklarnn yaplabilmesi sonucu trbin giri scakl ve basn oran arttrlabilmekte,

bylelikle verim ve net iin artmas salanmaktadr. (etinkaya-1999)

evre scakl ise gaz trbini performansna etki eden baka bir unsurdur. evre scakl

hem kompresr iini hem de yakt tketimini etkilemektedir. Gaz trbinleri en yksek evre

scaklnda en yksek gc verecek ekilde dizayn edilmekte ancak iyi bir sl verimin souk

ortamlarda alnd da gz ard edilmemesi gereken bir etkendir. Bu nedenle havaclk gaz

trbinlerinde irtifa arttka atmosferin soumasndan dolay uaklarda kullanlan gaz

trbinlerinde verim ve performans art olmaktadr. (Walsh-Fletcher-2004)

Bir gaz trbininin yaam saykln incelediimizde yaam srecinde maliyetlerin % 15-20 lik

bir ksmn bakm tutum, % 70-80nini ise yakt maliyetlerinin oluturduu karmza

kmaktadr. Bu nedenle yakt ekonomikliinin gaz trbinlerinde byk nem arz ettii,

ykselen petrol fiyatlarn da gz nne alacak olursak dikkatlerden kamamaldr. (idem-

1977)

Gaz trbini teknolojisinde gelimeler ise aada belirtilen faktrn paralelindeolmutur. Bu faktraada belirtilmitir:

1-Malzeme biliminde yaanan gelimeler ile trbin donanm materyallerinin yksek slaradayanm artm, kompresrlerinkiler ise d etkilere kar daha dayankl ve direnli hale

gelmitir.

2-Aerodinamik ve termodinamik bilgisinin giderek artmas gaz trbinleri dizaynlarnn dahaiyi yaplmasn ve verimlerinin artmasn salamtr.


21/264

3

3-Gaz trbini trbin, kompresr kanat, yanma odalarnn dizayn, simlasyon ve analizlerininbilgisayar yardm ile yaplmas gaz trbinlerinin teknolojik olarak gelimesinde byk katk

salamtr. (Giampaolo-2006)


22/264

4

2. GAZ TRBN GENEL TANIMI VE TANITIMI2.1 Gaz Trbini Tanm ve Dizayn

Gaz trbinleri boyut ve arlklarna gre yksek miktarlarda g retimi yapan , yaktn

kontroll bir ekilde yanmas ile g reten dier iten yanmal makineler gibi makinelerdir

ve son krk ylda g endstrisinde nemli bir ticari ara konumuna gelmilerdir. Gnmzde

gaz trbinleri turbo makineler snfna girmektedir. Bir turbo makinenin tanmn yapacak

olursak mekanik enerjinin aft iine, srekli akan bir akkann rotor kolonlarnda oluturduu

dinamik hareketler vastasyla evrildii makinelerdir. Turbo makineler fonksiyonlarna gre

i alan (kompresr veya fan) ve i reten (gaz trbini) turbo makineler olmak zere ikiye

ayrlmaktadr. Kompaktbir makine olmalar, dk arla sahip olmalar ve yakt eitlilii

gibi avantajlara sahip olmalar gaz trbinlerinin kullanm alanlarn eitlendirmektedir.

(Baskharone-2006)

ekil-2.1 Gaz trbinleri prensipte dier iten yanmal makineler gibidir(Subcourse No: AL0993)

Gaz trbininin dnen kompresrde havay sktran, yanma odasnda sktrlm havaya

yakt pskrtlmesi ile yanmann olduu ve yanm gazlarn trbinde genilemesini


23/264

5

salayarakg reten bir makine olduu daha nce belirtilmiti. Gaz trbinlerinde trbin k

gc kompresrn ve balanm herhangi bir ykn hareket ettirilmesinde kullanlr. Bu

anlatm aada ekil-2.2 de gsterilmitir.

ekil-2.2 Gaz trbini tanm

Gnmzde gaz trbinlerinin dizaynnda esas olarak alnan baz nemli kriterler

mevcuttur. Bu nemli kriterleri:

1- Yksek verim2- Uzun mr ve dayankllk3- Servis ve bakm yetenei4- Kolay montaj ve iilik5- evresel kabullere uygunluk6- Yardmc sistemlerile kontrol sistemi arasndaki uyumluluk7- Servis iiliindeve yakt kullanmnda kolaylk eklinde sralayabiliriz.

Bu kriterleri biraz irdelemek dizayn kriterlerini daha anlalmas kolay hale getirecek ve

zihinlerde daha kolay yer edinecektir.

1-Yksek verim: Gaz trbinlerinde verimi etkileyen iki nemli faktr vardr. Bunlar

kompresr sktrma (basn) oran ile trbin giri scakldr. Gaz trbinlerinde eksenel

akl kompresr kullanm sktrma orann 7:1 oranndan 40:1 oranna kadar ykseltmekte

bu da trbine yanma sonunda yksek basnl gazlarn girmesine neden olarak sl verimi ve

trbin giri scakln arttrmaktadr. Yanma scakln her 100 F (55.5 C) arttrmak kan

ite %10 luk, sl verimde ise % 1-1,5 lik bir arta neden olmaktadr. Basit evrimli gaz

trbinlerinde kompresr sktrma orann ve trbin giri scakln arttrmak sl verimi

arttrmaktadr. Isl verimi arttrmann baka bir yntemi de gaz trbininde rejeneratr


24/264

6

kullanmdr. Gnmz gaz trbinleri alma scaklklarnda rejeneratr kullanm sl verimi

%10-15 civarlarnda arttrmaktadr. Rejeneratrl sistemlerde kompresr optimum sktrma

oran 20:1 iken basit evrimli gaz trbinlerinde ise 40:1 orannda olmaktadr. Gnmzde

trbin giri scakllar 3000 F (1649 C) derecelere kadar ulamaktadr. Kompresrler ile ilgili

detayl bilgiler 4 nc ksmda gaz trbinleri evrimleri ile ilgili bilgiler 3 ncksmda daha

detayl olarak anlatlacaktr.

2-Uzun mr ve dayankllk: Uzun mr, gaz trbini dizayn parametrelerinden nemli bir

tanesidir. Burada uzun mrden kast verilen bir zaman diliminde gaz trbininin g

retimine devam edebilme kabiliyetidir. Dayankllk ise kapsaml bakm (overhol)

periyoduna kadar geen zaman dilimidir. Bir gaz trbininin uzun mr tanmn formlize

etmek istersek;

(1)

Zaman dilimi, saat bazndaki bu saatler bir yl olarak tahmin edilir ve bir ylda 8760 saate

tekabl etmektedir.

Planlanan bakm sresi iin belirlenmi zaman gecikmesiOnarmdan kaynaklanan zorunlu ya da planlanmam gecikmeler

Dayankll tanmlamak istersek: olmaktadr. (2)

Gaz trbinlerinde dayankllk, kullanlan yakt tipine, uygulanan bakm tutum

programlarna, alma modlarna, kontrol sistemi ve yanma scakl gibi parametrelere

bamldr. Gaz trbini dizaynnda uzun mr ve yksek dayankll elde etmede gz nne

alnacak nemli parametreleri; kanat ve aft gerilmeleri, kanat ykleri, materyal uygunluu,

yardmc sistemler ve kontrol sistemleri eklinde sralayabiliriz.

3-Servis ve bakm yetenei: Servis ve bakm kolayl gaz trbini dizaynnn nemli

blmlerinden birini oluturmaktadr. Servis beceri ve yetenei egzozscakln grntleme

ve kontrol etme, aft titreim testlerini icra etme ve surge olaylarn kontrol ve gzlemleme

gibi yaplan genel kontrollerdeki uygunluk becerisi eklinde tanmlanabilmektedir. Bunun

yan sra dizaynda, scak blmlerin gzle kontrolnn yaplmas maksadyla boroskop testi

iin uygun ksmlarn belirlenmesi de nemli faktrlerden biridir.

4-Kolay montaj ve iilik: Kolay montaj ve iilik bir baka dizayn parametresidir. Gaz

trbinleri sat ncesi fabrikada test edilir ve yine burada paketlenerek kuruluma hazrlanr.

5-evresel kabullere uygunluk: Gaz trbini dizaynnda evre dikkat edilmesi gereken kritik

bir husustur. Gaz trbinlerinin evreye olan ektileri yasal snrlar ierisinde olma

zorunluluklar dizaynerleri bu konuda dikkatli olmaya itmektedir. Yanma odalar bu konudaen ok dikkat eken eler olmaktadr ve yanma odasnda duman ve azot oksit retimi


25/264

7

dk olmaldr. Yksek scaklk gaz trbinleri azot oksit emisyonunu arttrmaktadr.

Bu emisyona kar, yanma odasnda evrime su veya buhar enjekte edilerek mcadele

edilmeye allmaktadr ve bu konuda kuru dk azot oksit emisyonlu yanma odalar

gelitirilmeye allmaktadr.

6-Yardmc sistemler ile kontrol sistemi arasndaki uyumluluk: Yardmc sistemler ve kontrol

sistemleri dizayn edilirken ok dikkatli olunmaldr. Yalama ya sistemi yardmc

sistemlerin en kritik olanlarndan biridir, sistemin geri beslemesi hata kabul etmeyecek

derecede iyi olmaldr. Gnmzde gelimi gaz trbinleri dijital kontrol ile on-line izleme

sisteminin ok iyi entegre edilmi halidir.

7-Servis iiliinde ve yakt kullanmnda kolaylk: Servis iiliinde ve yakt kullanm esnek

bir kriter olup trbin sistemlerinin gcn arttrmaktadr fakat tm uygulamalarda zorunlu bir

uygulama deildir. (Giampaolo, Meherwan-2006)

2.2Gaz Trbinlerinin SnflandrlmasGaz trbinleri, eit zellikleri bakmndan aada belirtildii ekilde sralanabilir:

(etinkaya-1999)

1. Isnnverilii bakmndan;a. Sabit hacim gaz trbinlerib. Sabit basn gaz trbinleri

2. evrimin trne gre;a. Ak sistem gaz trbinlerib. Kapal sistem gaz trbinleric. Birleik sistem gaz trbinleri

3. Mekanik dzenleri bakmndan;a. Tek aftl gaz trbinlerib. ki veya daha ok aftl gaz trbinleric. Ayr g trbinli (ara stc yok, alma esneklii) gaz trbinlerid. Seri akl gaz trbinlerie. Paralel akl gaz trbinleri

4. Kullanlan elemanlara gre;a. Basit gaz trbinlerib. Rejeneratrl gaz trbinleric. Ara soutuculu trbinlerid. Ara stcl gaz trbinlerie. Kompleks (ara soutucu, rejeneratr, ara stc birlikte)


26/264

8

5. Kullanm alanlarna gre;a. Sabit tesis gaz trbinlerib. Endstriyel gaz trbinleric. Jeneratr gaz trbinlerid. Pompa gaz trbinlerie. Tat gaz trbinleri

1. Otomotiv gaz trbinleri2. Lokomotif gaz trbinleri3. Denizcilik gaz trbinleri4. Havaclk gaz trbinleri

a. Ram jetlerb. Pulse jetlerc. Turbo jetlerd. Turboaftlare. Trbofanlarf. Trboproplar

2.3 rnek Bir Gaz Trbininin Tantm

Bu ksmda ama, balca gaz trbini reticilerinden olan Solarfirmasnn endstride

elektrik retiminde kullanlan 1000 Beygir gcndeki T-1000 S modelini, rnek bir gaz

trbini olarak tantarak bu tr uygulamalarn anlalabilirliini arttrmak asndan fayda

salamaktr.

Bu gaz trbininin zerinde bulunan eitli paralar; baa, arkaya, sol ve saa olmak zere 4

tarafa yerletirilmitir. Bu ynler gaz trbininin egzoz tarafnda durup hava giriine doru

baklarak tarif edilmilerdir. Hava giri ksm gaz trbininin ba taraf olarak kabul

edilecektir. Solar T-1000 S gaz trbini alt esas ksmdan meydana gelmitir. Bu ksmlar ve

dnen paralar ayn eksen etrafnda yerletirilmilerdir. Bu esas ksmlar batan arakaya doruaada belirtildii ekilde sralanmaktadr:

1- Hava giri ksm2- Kompresr3- Yanma odas4- Gaz retici trbin5- G trbini6- G aktarm ksm


27/264

9

Yukarda belirtilen bu 6 esas eleman, gaz trbini donanmlar ksmnda daha detayl olarak

anlatlacaktr. Yukarda bahsi geen gaz trbinini oluturan6 esas elaman aada ekil-2.3

te gsterilmitir. (Peterson Builders, Inc-1967)

ekil-2.3 Solar T-1000 S modeli gaz trbini (Peterson Builders, Inc-1967)

2.3.1 alma PrensibiYukarda tantm yaplan gaz trbininin alma prensibini incelemek gaztrbini tanm ve

tantm anlatmnn zihinlerde daha kolay yer edinmesini salayacaktr.

Gaz trbini kompresr ksmnda devaml sktrlm hava ak,yanma odasnda devaml

yanma ile trbin ksmndan devaml bir g retir. Atmosfer havas, kompresr tarafndan,

kompresrn mar motorunun hareketi ve daha sonra yanmann balamas ile trbinksmnn

hareketi ile emilir. Kompresr havay 6,5/1 orannda bir basnca sktrr. Sonra difizr

kompresrden gelen havay yanma odasna sevk eder. Yanma odas ierisinde yakt basnlapskrtlr. lk altrma esnasnda bu yakt atelemek iin bir buji yerletirilmi olup,

yksek voltaj ile almaktadr. Yeteri derecede hava ve yakt ak olduu mddete yanma

odasnda srekli yanma mevcuttur. Gaz trbini deniz seviyesinde ve 80 F (26.7 C) ortam

scaklnda nominal hznda alrken, kompresre yaklak olarak dakikada 10500 ft-kp

hava girmektedir. alma prensibi ve hava ak aadaki ekilde gsterilmitir. (Peterson

Builders, Inc-1967)


28/264

10

ekil-2.4 Gaz trbini alma prensibi ve trbindeki hava ak (Peterson Builders, Inc-1967)

Yanma odasnda genleen gazlar, trbin ksmndan geerken kanatlara arparak gaz retici

trbinini ve g trbinini tahrik ederler. Gaz retici trbininin aft kompresr ksmn tahrik

etmek iin gerekli gc verir. G trbininin aftndaki g ise anzuman vastasyla yke

verilir. Trbinden kan egzoz gazlar bir egzoz kollektr tarafndan toplanr. Egzoz

kollektr dakikada yaklak olarak 25200 ft-kp (normal almada en fazla 850 F(454 C)

scaklkta) egzozu atmosfere atar.

Bu gaz trbini maksimum 22300 rpm ile almakta ve g aktarm ksmnda ise bu devir 2

kademede 1800 devire drlerek maksimum devirde 380 volt 5000 amper DC elektrik

akm retmektedir. (Peterson Builders, Inc-1967)


29/264

11

3. GAZ TRBNLERNN TERMODNAMKSEL NCELEMESGaz trbinleri, g reten bir makine olduu iin birok g reten makinede olduu gibi,

bir termodinamiksel evrime dayanr. Gaz trbinleri evrimlerini teorik ve gerek evrimler

olarak ikiye ayrmamz mmkndr. Gaz trbinlerinin teorik evrimi, balangta bir pistonlu

motor evrimi olan Brayton evrimidir. Bununla birlikte, verim deerlendirmesinde referans

olarak alnan dier balca evrimler, Stirling ve Ericsson evrimleridir. Gerek gaz trbini

evrimi ile teorik evrimler arasndaki farklar aadabelirtilmitir.

3.1 Teorik ve deal evrimlerin ncelenmesi

3.1.1 Brayton evrimi

Temel gaz trbini evrimine baktmzda karmza Boston (A.B.D.) lu mhendis olan

George Braytonun 1870 li yllarda ortaya att evrimi karmza kar.Brayton evrimi,genel olarak gaz trbinlerinde kullanlan, periyodik bir prosesdir. Dier iten yanmal g

evrimleri gibi ak bir sistem olmasna ramen; termodinamikanaliz iin egzoz gazlarnn

ieri alnp tekrar kullanld farz edilir ve kapal bir sistem gibi analize uygun hale gelir.Ayn zamanda Joule evrimi olarak da bilinir. Bugn ise Brayton evriminin kullanm,

sktrma ve genilemenin eksenel kompresrler ve trbinlerde olduu gaz trbinleriylesnrldr ve gnmz gaz trbinlerinin teorik evrimi olarak kullanlmaktadr. Brayton

evrimi iki adet izentropik (kompresrde) ve iki adet sabit basnl (trbinde) hal

deiiminden oluur ve gaz trbinleri genellikle aadaki ekilde gsterildii gibi ak

evrimde alrlar. (engel-1996)

ekil-3.1 Ak evrim (engel-1996)
http://ansiklopedi.turkcebilgi.com/t%EC%B2%A2inhttp://ansiklopedi.turkcebilgi.com/termodinamikhttp://ansiklopedi.turkcebilgi.com/termodinamikhttp://ansiklopedi.turkcebilgi.com/t%EC%B2%A2in


30/264

12

ekil-3.2 Ak evrim gaz trbini uygulamas (Horlock-2003)

Ak evrimden kast, evre koullarndaki hava, kompresr tarafndan sktrlr, basnc

ve scakl artar. Yksek basnl hava daha sonra, yaktn sabit basnta yakld yanma

odasna girer. Yanma sonunda oluan yksek scaklktaki gazlar trbinde evre basnca

genilerken trbin kanatlarn evirerek i yapar. Trbinden kan egzoz gazlar tekrardan

evrime girmeyecek ekilde atmosfere atlr. alma maddesinin ktlesel debisi evrim

boyunca deimemektedir.

Yukarda aklanan gaz trbini evrimi, hava standard kabulleri uygulanarak aadaki

ekilde gsterildii gibi kapal bir evrim olarak da dnlebilir. Kapal evrimde sktrma

ve genileme ilemleri deimemektedir. Yanma ileminin yerini evrime sabit basnta s

geii, egzoz ileminin yerini ise evreye sabit basnta s verilmesi almaktadr. Arac

akkann kapal bir evrimde dolat ideal evrim Brayton evrimi olarak adlandrlr.

(engel-1996)

ekil-3.3 Kapal evrim(engel-1996)


31/264

13

ekil-3.4 Kapal evrim gaz trbini uygulamas (Horlock-2003)

ekil-3.5 evrim basn-scaklk ilikisi (Giampaolo-2006)

ekil-3.5 de Brayton evriminin basn-scaklk ilikisi grlmektedir.


32/264

14

ekil-3.6te Brayton evriminin basn-hacim ilikisi grlmektedir.

ekil-3.6 evrim basn hacim ilikisi (Giampaolo-2006)

ekil-3.7de Scaklk-entropi ilikisi grlmektedir.

ekil-3.7 evrim scaklk-entropi ilikisi (Giampaolo-2006)

a-b Kompresr de izantropik sktrma

b-c Sisteme sabit basnta (P=sabit) s geii

c-d Trbinde izantropik genileme

d-a evreye sabit basnta (P=sabit) s geii

Gaz trbinleri srekli akl makineler olduklarndan termodinamiksel incelemesi en iyi

birince yasa ile yaplabilir ve Brayton evriminin drt hal deiiminin de srekli akl


33/264

15

sistemlerde olduu gz nne alnrsa, her birinin srekli akl ak sistem olarak

zmlenmesi daha faydal olacaktr. (Giampaolo-2006)

Birinci yasa denklemini yazacak olursak;

(1)h=entalpi deiimi

ke=kinetik enerji deiimi

pe=potansiyel enerji deiimi

Birok gaz trbini uygulamasnda kinetik ve potansiyel enerji deiimleri denklemlerde

ok kk deerler verdiinden trkinetik ve potansiyel enerji deiimi ihmal edilebilir.

Kinetik ve potansiyel enerji deiimleri ihmal edildii zaman srekli akl ak sistem iin

birinci yasa;

olur. Birim ktle iin ise dir. (2)

zgl slarnda oda scaklnda sabit kald kabul edilirse sisteme ve sistemden s geii

aadaki gibi yazlabilir.(engel-1996)

(3)

3.1.1.1 evrimin sl verimi

Bu denklemler kullanlarak Brayton evriminin verimini bulabiliriz:

(4)

veya kompresrde yaplan i;

(5)

Trbinde yaplan i;

, (6)

Toplam elde edilen i;

olur. Aada Brayton evrimini bir kez daha hatrlarsak (7)

yukardaki denklemlerin daha rahat kavranmasn salam oluruz. (Meherwan-2006)


34/264

16

ekil-3.8 Brayton evrimi (Meherwan-2006)

Eer sisteme s ilavesi olursa s geii;

olur. (8)

Bylece Brayton evriminin sl verimi;

olur. (9)

ya da 1-2 ve 3-4 hal deiimlerinin izentropik ve olduu not edilirse

olur. Bu bantlar, sl verim iin yazlan (10)

denklemde yerine konursa,

elde edilir. (11)

Burada basn orandr ve deeri dir. :zgl slarn orandr. (12)

(11) numaral denklem bize souk hava standard kabulleri altnda ideal Brayton evriminin

sl veriminin, gaz trbininin basn oranna ve arac akkann zgl slarnn oranna bal

olduunu gstermektedir. Isl verim bu iki parametre ile doru orantl olarak artmaktadr,

gerek gaz trbinlerinde olan da budur. (Meherwan-2006)

3.1.1.2 Gaz trbinini oluturan elemanlarn evrimdeki verimleri

Gaz trbinini oluturan elemanlarn verimini tek tek incelemenin amac ve bize olan

faydas gaz trbininde oluan problemlerin bulunmas ve zmlemesinde bize yardmc

olmasdr. Ayrca elamanlarn verimlerini bulmak gaz trbini optimum basn orann

bulmamzda da bize yardmc olur.

3.1.1.2.1 Kompresr verimi ve gerekli beygir gcKompresr verimi

k, kompresr basn oran ile doru, kompresr k scakl ile

ters orantldr. Bu tanm aadaki denklemde gsterilmektedir.


35/264

17

1

1

TTr

g

k

k(13)

Yukardaki denklemde;k

k 1

rk Kompresr basn oran,PP

g

k zgl slarn oran,

cc

v

p

P Kompresr toplam k basnc, kPa T Kompresr k scakl

Pg Kompresr toplam giri basnc, kPa Tg kompresr giri scakl

Gerekli kompresr beygir gc tanm; kompresrn havay sktrrken veyanma odasna

verirken ihtiya duyduu gtr ve aada belirtildii ekilde ifade edilmitir. (Giampaolo-

2006)

TJ

g

JcW

P

PTcWBG pa

k

g

pak550

1550

(14)

Wa =Kompresre giren hava akdr.

3.1.1.2.2 Trbin verimi ve retilen trbin beygir gcTrbin verimini izlemek ve trendlerini takip etmek, trbin nitesinin salkl almas

hakknda bize en doru bilgiyi vermektedir. (Giampaolo-2006)

r

T

T

S

t

trbingiri

egzost

t1

1

(15)

Tegzost=Trbin toplam k scakl T trbingiri =Trbin toplam giri scakl

rt=Trbin toplam giri basnc/Trbin toplam k basnc

rr

t

k

1olduundan trbin verimini aadaki gibi yazabiliriz.,

r

TT

k

trbingiri

egzost

t

11

1

(16)


36/264

18

Trbinin rettii toplam gce retilen trbin beygir gc ad verilir ve tek aftl gaz

trbinlerinde kompresr evirmede de kullanlr. G trbininin ayr olduu modellerde

retilen bu g kompresrn kulland g ile kayplarn toplamna eittir.

TT

TcWP

PTcWBG

g

gpggtpgt

J

g

J1

5501

550(17)

Burada

Wg Trbine giren gaz ak cp =Sabit basntaki zgl s

tGaz retici trbinin adyabatik verimi P =Gaz retici trbin toplam k basnc

Pg Gaz retici trbin toplam giri basncT Gaz retici trbin toplam k scakl

Tg Trbin toplam giri scakl

3.1.1.2.3 G trbini verimi ve g retimiGenelde ift aftl trbinler iin geerlidir. Bu tip trbinlerde g trbini ayr bir aft ile

tahrik edilen sistem veya cihaza baldr. Faydal iin retilip tahrik nitesini

hareketlendirmede kullanlan, gcn retildii bu ksmda verimde yaanan dmelerin

balca sebepleri trbin materyelinin anmalardan dolay zelliini kaybetmesi, korozyon

veya yabanc maddelerin verdii zararlardan kaynaklanmaktadr.

P

P

TT

g

T

g

gtrbini

1

1

(18)

Tg G trbini giri toplam scakl T G trbini toplam k scakl

PT Toplam atmosferik basn

Not: Basit ve tek evrimli gaz trbinleri uygulamalarnda PT , kombine evrimli gaz

trbinleri uygulamalarnda P alnr.

G trbininde retilip tahrik sistemine verilen g aada verilmitir.

P

PTcWBG

g

TJ

gtrbinigpggtrbini1

550(19)


37/264

19

Yukarda gaz trbinini oluturan ana elemanlarn verimlerini ve g retimlerini veren

bantlar yazldktan sonra sl verim, trbin giri scakl, toplam basn oran ve toplam

elde edilen i arasnda genel bir bant yazmamz mmkndr. evrimin maksimum toplam

sl verimi iin aadaki bant sabit giri scaklklarnda, kompresr ve trbin verimlerinde

en uygun (optimum)basn orann vermektedir. (Giampaolo-2006)

ttktkt

t

t

p

TTTTTTTTTT

TT

TT

TTTTT

r

k

k

optimum

313123

213131

31

2

31

2131131

11

(20)

Yukardaki denklem, trbin ve kompresrdeki kayplar ihmal edildiinde yani trbin ve

kompresr verimlerik

=t

=1 olduunda;

T

TTr

k

k

optimump 21

31

1

olur. (21)

ekil-3.9 evrim basn oran-yanma scakl ilikisi (Meherwan-2006)

(eitli yanma scaklklar ile maksimum i ve sl verime dayal basn oranlarna ait rnekbir diyagram. Bu diyagramda kompresr verimi %87 ve trbin verimi %92 olarak alnmtr.)


38/264

20

Yukardaki diyagram bize gaz trbinine giren 1 kglik havaya karlk maksimum sl

verimde veya ite en uygun (optimum) basn orann vermektedir. Ayn yanma

scaklklarnda maksimum iin optimum basn orannn maksimum sl verimin basn

oranndan dk olduu grlmektedir. (Meherwan-2006)

3.1.2 deal rejeneratrl Brayton evrimi

Basit gaz trbini evriminde trbin k scakl kompresr k scaklndan kayda

deer derecede yksektir. Gnmzde fosil yakt rezervlerinin azald ve maliyetinin artmas

nedeniyle rejeneratrl evrimler gze arpmaktadrlar.

Gaz trbinlerinde yakt tketimini drmek maksadyla trbinden kan scak gazlarn

kompresrden kan havay starak kullanlmas ilemine rejeneratr etkisi ad

verilmektedir. Brayton evriminin sl verimi rejeneratr kullanmyla artar, nk evrimde

yanma sonu gazlaryla evreye verilen snn bir blm yanma odasna giren havay stmak

iin kullanlr. evrimdeki bu olay aadaki ekilde gsterilmitir. (Meherwan-2006)

ekil-3.10 Rejeneratrl ideal evrim (Meherwan-2006)


39/264

21

ekil-3.11 Rejeneratrl evriminscaklk entropi deiimi (Meherwan-2006)

Rejeneratr ancak trbin scakl, kompresr k scaklndan byk olduu zaman

yarar salamaktadr aksi takdirde s geii havadan yanma sonu gazlarna olacak ve verim

azalacaktr. Bu durum ok yksek basn oranlarnda alan gaz trbinlerinde ortaya kar.

Rejeneratrdeki en yksek scaklk, trbinden kan ve rejeneratre giren yanma sonu

gazlarn scakl olmaktadr. Uygulamada hava rejeneratrden daha dk bir scaklkta,

scaklnda kar. Rejeneratrl Brayton evrimi bantlar ekil-3.10 ve ekil-3.11 e

bal olarak aada verilmitir.

(22)

(23)

Rejeneratr etkinlii , bu denklemler kullanlarak aadaki gibi tanmlanabilir:

(24)

Oda scaklnda sabit zgl slar alndnda:

(25)

Rejeneratrl ideal Brayton evriminin sl verimi aadaki gibi eitli ekillerde

gsterilebilir.

(26)

Rejeneratrl ideal Brayton evriminin sl verimi, (26) numaral denklemden de

grlebilecei zere evrimin en dk scaklnn en yksek scaklna oranyla evriminbasn oranna baldr.(engel-1996)


40/264

22

ekil-3.12 Basn oran ile verime olan rejeneratr etkisi(engel-1996)

ekil-3.12dende grld zere rejeneratrl ideal Brayton evriminin sl verimi, evrimin

en dk scaklnn enyksek scaklna oranyla evrimin basn oranna baldr.

evrimin sl verimini baka ifadeyle gsterimi aada verilmitir.

(27)

Rejeneratrl sistemin toplam ve ayrntl verimini yazmak istersek:

(28)

Rejeneratrl evrimde iki eit s deitirici kullanlmaktadr. Kompresrden kan yksek

basnl hava, rejeneratr veya rekuperatr ad verilen ters akl bir s deitiricisinde

trbindenkan scak yanma sonu gazlaryla stlabilir.

3.1.3 deal ara soutmal, stmal, rejeneratrl Brayton evrimi

Bir gaz trbini evriminin net iini bulmak iin, kompresr ii trbin iinden karlr. Bu

nedenle net iin artmas trbin iinin artmas veya kompresr iinin azaltlmasyla

gerekleebilir. (engel-1996)

(29)

Bir gaz trbinin k gcn arttrmak mmkn olmakla birlikte bu ilem ara soutma ve

stma ilemleri ile gerekletirilebilir.

Gaz trbinlerinde kompresrn ihtiya duyduu ii azaltmak maksadyla ve emi havasn

soutmay salamak amacyla multi-kademe kompresrler kullanlabilmektedir. Buradan

kast bir gaz sktrmak iin gerekli i, sktrma ilemini kademelerde yaparak ve


41/264

23

kademeler arasnda gazda soutma yaparak azaltlabilir. Bu ileme ara soutma ad

verilmektedir. leriki blmlerde gerek evrim konusunda ara soutma, ara stma ve

rejenerasyon konularna ayr ayr deinilecektir.

Benzer ekilde belirli basn aralnda alan bir trbinin yapt i, genilemeyi

kademelerde yaparak ve kademeler arasnda gazda stma yaparak arttrlabilir. Bu ileme ara

stma ad verilir. Ara soutmal, ara stmal ve rejeneratrl, iki kademeli ideal gaz trbini

evriminin izimi ve T-s diyagram aada verilmitir.

ekil-3.13 Ara soutma-stmal, rejeneratrl evrim(engel-1996)

ekil-3.14 Ara soutma-stmal, rejeneratrl evrim scaklk entropi diyagram (engel-1996)


42/264

24

Daha ok kademenin teorik olarak gaz trbininin verimini arttrmasna karn, gaz trbinin

dizayn karmaklamakta ve ilemlerin tersinmezlii nedeniyle olan kayplar artmaktadr.

Bu tr bir evrimde, atmosferik hava, bamsz kompresr kademelerinde sktrlr (1) ve

kademeler arasnda bulunan soutucular tarafndan soutulur. (2-3) zentropik sktrma

ilemi izotermale yaklamaktadr. (4) Yksek bir basnca sktrlan hava, birinci yanma

odasna girerek, maksimum evrim scaklna kadar stlr. (5) Birinci trbinde genileyen

alma maddesi, (7) yine sabit basnta ve maksimum scakla kadar olmak zere ikinci

yanma odasnda stlr, (8) ikinci trbinde genileyerek atmosfere atlrlar. (9-10) (engel-

1996)

3.2 Gerek Gaz Trbini evriminin deal evrimden Farkll

Gerek gaz trbini evrimi ideal Brayton evriminden baz bakmlardan farkllklar

gsterir. Bunlardan biri s geilerinden az da olsa meydana gelen basn kayplardr. kinci

olarak, srtnme ve sanki dengeli olmayan hal deiimlerinden kaynaklanan tersinmezlikten

dolay kompresr ii daha ok, trbin ii daha az olur. Gerek trbinin ve kompresrn

almasyla izantropik genileme ve sktrma arasnda bir iliki, trbin ve kompresr iin

adyabatik verim tanmlarndan yararlanarak kurulabilir. Bu iliki, kompresr ve trbin sl

verimleri olarak aadaki ekilde ve formllerde gsterilmitir. (engel-1996)

ekil-3.15 Gerek ile ideal evrim scaklk-entropi diyagram(engel-1996)

ekil-3.15da grlen gerek gaz trbini evriminin ideal Brayton evriminden sapmas

aadaki ekilde ifade edilir:

(30)


43/264

25

(31)

Gerek evrimler ile ideal evrimler arasndaki farklar daha detayl olarak incelemek

istersek; aadaki nedenlerden dolay gerek evrimler, ideal evrimlerden farkldr:

a. Turbo makinelerde akkan hzlar yksek olduu iin her bir elemann giri ve karasnda kinetik enerjideki deime ihmal edilemez. Yine ayn neden ile srtnme, trblans,

cidardan ayrlma, ok, vs. den doan kayplar olduu iin trbin ve kompresrdeki genileme

ve sktrma izantropik deildir. Giri ve k arasnda bir entropi artmas olur. Bunun

neticesi olarak da k scaklklar izantropik hale karlk gelenden yksektir. Bu scakln

artma miktar ise trbinin veya kompresrn izantropik verimine baldr.

b. Akkann srtnmesinden dolay yanma odalarnda s-deitirgelerinde, giri ve kkanallarnda basn kayplar meydana gelir. Ayrca eitli elemanlar balayan kanallarda da,

parazit kayplar diyebileceimiz basn kayplar vardr. Bunlar genellikle eleman kayplar

iinde gz nne alnrlar.

c. Is deitirgelerinde (rekparatr, ara soutucu) s iletimi hibir zaman tam deildir;souk taraftaki scaklk artmas, scak taraftaki scaklk azalmasna eit deildir. rnein

kompresrde sktrlm hava, hibir zaman trbinden kan gazlarn scaklna kadar

stlamaz.

d. evrimden elde edilen faydal iin bir ksm da yataklarda, kompresr ile trbin arasndakikavramalarda, ya pompas, yakt pompas gibi yardmc elemanlarn tahrikinde kullanlr.

e. Kompresrde sktrlan havann bir ksm trbin diski, lle ve kanatlarn ve elemanlardakullanlan eitli yataklar soutmada kullanlr. rnein, termik santrallerde toplam debinin

%1-2si bu i iin harcanr. Dier taraftan yanma odasnda 0,01-0,02 yakt/hava orannda

yakt ilave edildiinden yanma odas giri ve k arasnda da bir debi artmas olur. Normal

evrim hesaplarnda kompresrdeki bu kayp ile yanma odasndaki kazancn birbirini

dengeledii kabul edilir ve hesaplar trbin ve kompresrde akkan debisi eit kabul edilerekyaplr. ok yksek trbin giri scaklklarnda alan, modern uak gaz trbinlerinde

soutma amac ile kanatlarda bulunan soutma kanallarna ok miktarda hava gndermek

gerekir. Bu durumda, yaplan bu kabul, son imal hesaplar iin geersiz olur.

f. Kullanlan akkann termodinamik zellikleri (Cp, k), evrim boyunca scaklkla vekimyasal bileimin deimesine neden olan yanma ile deiir. Bunun dnda giri

havasndaki nem miktarnn deimesi de Cp ve k nn deimesine neden olur. Havada

bulunan toz paracklarnn da etkisi vardr ve bu etkiyi hesaplamak ok zordur. Yaplan


44/264

26

deneylere gre tozlu bir ortamda ksa bir sre alan eksenel bir kompresrn izantropik

veriminde % 2 mertebesinde bir azalma grlmtr.

g. Yanma odasndaki yanma hibir zaman tam deildir. Bundan dolay evrim verimi

hesabnda yanma veriminin de gz nne alnmas gerekir.ten yanma nedeniyle; trbinden

geen alma maddesi miktar, kompresrden geen hava miktarndan, pskrtlen yakt

miktar kadar daha fazladr. Ayrca, kompresrden geen havann % 1-2 kadar, trbin disk ve

kanatklar soutmak zere szdrlmaktadr. Gaz trbinlerinin toplam hava/yakt oranlar

genelde 100/1 ile 50/1 arasndadr. (etinkaya-1999)

3.3 Gerek Gaz Trbini evrimlerinin ncelenmesi

3.3.1 Basit tek aftl gerek evrim

Basit Brayton evrimine dayal gerek evrim gnmz gaz trbinlerinde geni bir ortak

kullanm alanna sahiptir. ekil-3.16de bu evrimin T-s diyagram verilmi olup evrimdeki

kompresr ve trbinde meydana gelen verim kayplar ile yanma odasnda meydana gelen

basn kayplar grlmektedir.

ekil-3.16 Gerek Basit Brayton evriminin T-s Diyagram (Meherwan-2006)

Kompresr ve trbinin gerek evrim termodinamiksel bantlar aada verilmitir.

Kompresr gerek ii;

(32)

Trbin gerek ii;

(33)


45/264

27

Toplam gerek net i;

(34)

Bu evrimi incelediimizde trbin giri scakln arttrdmz sl veriminde buna bal

olarak artt grlmektedir. Trbin giri scakl iin optimum sktrma oranna

baktmzda bunun 15.1:1 de 816 C ve 43:1 sktrma orannda giri scaklnn 1316 C

olduu yaplan deneylerde grlmtr. Maksimum i iin sktrma oranna baktmzda

11.5:1 ile 35:1 oranlarnn ayn scaklklara tekabl ettii grlmtr. (Meherwan-2006)

ekil-3.17 Tek aft gerek evrimli gaz trbininperformans (Meherwan-2006)

3.3.2 ift aftl basit gerek evrimli gaz trbinleri

ift aftl gerek evrimli gaz trbinleri yksek tork ve yksek yk ihtiyacn karlamak

zere kullanlrlar. Bu tip gaz trbinlerinde ilk trbin yalnzca kompresr ev irmek, ikinci

trbin ise g ihtiyacn karlamakta kullanlr. ekil-3.18deift aftl gerek evrimli gaz

trbini devre emas, ekil-3.19 da daevrimin T-s diyagram gsterilmektedir.


46/264

28

ekil-3.18 ift aftl gerek evrimli gaz trbini (Meherwan-2006)

ekil-3.19 ift aftl gerek evrimli gaz trbinin T-s diyagram (Meherwan-2006)

evrim ile ilgili termodinamiksel bantlar aada verilmitir.

(35)

(36)

k gc ise;

(37)

ift aftl trbinlerde birinci aft kompresr altrarak kompresr iin gerekli ii salar.

kinci aftn olduu trbin ise g retimini yaparak gerekli k iini salar. ki aft

tamamyla farkl devirlerde alabilirler. ift aft kullanmnn avantaj dk devirle yksek

torkun elde edilmesidir. (Meherwan-2006)


47/264

29

3.3.3 Rejeneratrl gerek evrim

Gerek evrimde de ideal evrimde olduu gibi kompresrden kan havag trbini k

egzoz gazlar stlarak sl verimin arttrlmas hedeflenir. Rejeneratrl gerek evrim iin

termodinamiksel bantlar:

(38)

Burada gerek evrimde kompresr k scakldr. Dier bantlar ift aftl gerek

evrim ile ayndr. Rejeneratr yanma odasna giren havann scakln arttrrken hava-yakt

orann drmekte ve sl verimi arttrmaktadr.

Rejeneratrl evrimin sl verimi basit evrimden % 40 daha fazladr. ekil-3.20 de ift

aftl bir gaz trbininde sktrma ve trbin giri scaklna bal olarak sl verimin deiimi

grlmektedir. (Meherwan-2006)

ekil-3.20 ift kompresrl rejeneratrl gerek bir evrimde basn oranna ve trbin giriscaklna bal olarak sl verimin deiimi (Meherwan-2006)


48/264

30

ekil-3.21 ift aftl gerek evrimli rejeneratrl gaz trbini performans (Meherwan-2006)

ift aftl rejeneratrl gerek evrim, ift aftl gerek evrim ile hemen hemen ayndr.

Daha ncede deinildii gibi yksek tork dk devir talebini karlamaktadr. Isl verimleri

hemen hemen ayndr. ekil-3.21 de bahse konu evrimin sktrma oranna ve trbin giri

scaklna bal olarak performans erileri verilmitir.

3.3.4 Ara soutmal basit gerek evrim

Kompresrn ihtiya duyduu i miktarn azaltmak ve net k iini arttrmak maksadyla

kullanlr. Soutma ilemi kompresrler arasnda yaplr. Bu evrimdeki termodinamiksel

kabuller u ekildedir:

1- Kompresr ara kademe scaklklar kompresr giri scaklna eittir.2- Kompresr sl verimleri eittir.3- Her iki kompresrde de sktrma oranlar eittir ve ye eittir.

Kompresrn ihtiya duyduu ii azaltma ilemi birinci kademe kompresrden kan

havann ikinci kademede kompresrde veya onu takip eden kademelerdeki kompresrlerde

ayn sktrma orannda havann ilk giri scaklna ve kompresr scaklna eit olacak

ekilde soutulmas ile yaplr. Kompresr ii bu soutmadan sonra aadaki gibi ifade

edilebilir:

(39)

Bu evrim normal gerek evrime gre % 30lukbir art salar fakat ortalama verim de az

bir miktarda de neden olur. Bu iliki ekil-3.22de gsterilmitir. (Giampaolo,

Meherwan-2006)


49/264

31

ekil-3.22 Ara soutmal gaz trbinin performans diyagram (Meherwan-2006)

ekil-3.23 Ara soutmal ve rejeneratrl gerek evrimin ift aftl gaz trbininde sktrmave trbin giri scaklna gre performans diyagram (Meherwan-2006)

3.3.5 Ara stmal gerek evrim

ift aftl gaz trbinlerinde rejeneratr kullanm sl verimi arttrmakta fakat ie herhangi

bir katks olmamaktadr. Bu durumu ortadan kaldrmak zere ara stmal evrim konsepti

gelitirilmitir. Ara stmal evrimde iki kademelitrbin ve bu her bir trbin kademesinden

ncede yanma odas kullanlmtr. Bu evrimdeki kabul, yksek basn trbininin (dier bir

deyi ile gaz retici trbin) yalnzca kompresr evirdii ve bu trbinden kan gazlarn ara

stma ile g trbinine girmeden nce, yanma odas k scaklna stlmas eklindedir.

Bu evrim k gcnde % 35 lik bir art, kazanm salamaktadr. (Meherwan-2006)


50/264

32

ekil-3.24 Ara stmal gaz trbini evriminin performans (Meherwan-2006)

3.3.6 Ara stmal soutmal rejeneratl gerek evrim

Bu evrim maksimum sl verim ve k iine ulama noktasna ok yakndr. Pratikte tm

evrimlerin yaklamak istedii Carnot evrimine ok yaklaan bir evrimdir. Kompresre ara

soutmann yaplarak maksimum sl verime ulamak iin sktrma orannn arttrlmas

ekil-3.26dagsterildii gibi sl verimi ok yksek oranlara tamaktadr.

ekil-3.25 Rejeneratrl ara stmal soutmal ift aftl gerek evrimli gaz trbinievriminin T-s diyagram(engel-1996)


51/264

33

ekil-3.26 Ara stmal-soutmal rejeneratrl evrimin performans diyagram (Meherwan-2006)

3.3.7 Buhar enjekteli gerek evrim

Bu evrim evre kirlilii ve dk verim endielerinin cevabn bize vermektedir. Bu

evrimlerde ise korozyon almas gereken byk bir engel olarak karmza kmaktadr. Bu

evrimin konsepti basittir, kompresr k havasna su buhar enjekte edilmekte ve trbine

doru olan ktle ak ekil-3.27 de gsterildii zere arttrlmaktadr.

ekil-3.27 Buhar enjekteli gerek evrim (Meherwan-2006)

Burada kompresrn ihtiya duyduu ite herhangi bir artma olmamaktadr. Su buhar,

kompresr ile trbinden kan scak gazlar tarafndan buhar jeneratrnde suyunbuharlatrlmas ile elde edilmekte ve kompresr k havasna enjekte edilmektedir. Tipik


52/264

34

olarak su, onu basan pompaya ve buhar jeneratrne 14.7 psia (1 Bar) basn ve 80 F (26.7

C) scaklkta girmekte, 60 psia (4 Bar) basn ve kompresr giri scaklnda karak,

kompresr k havasna enjekte edilmektedir. Buhar enjekteli evrim ozon tabakasna zararl

olan azot oksit gaz salmn drmekte ve yanma odasnda yanmann bir blgede

younlamasn engelleyerek iyi bir yanma olmasn salamaktadr. evrimde 3 konumunda

entalpi su buhar ve hava karmndan olumaktadr. Aktaki bu durum aadaki

bantlarda verilmitir. (Meherwan-2006)

(40)

Trbine giren entalpi ise;

(41)

Bu evrim iin gerekli yakt miktar:

(42)

Trbinden kan entalpi:

(43)

Trbinin toplam yapt i:

(44)

evrimin sl verimi:

(45)

Aadaki ekil-3.28deki diyagramda basit gerek evrim ile % 5 miktarda buhar enjekteli

gerek evrimin karlatrlmas yaplmtr. Trbin giri scakl olarak 1316 C, sktrma

oran olarak 17:1 alndnda trbin k iinde % 8,3 ve sl verimde % 19luk bir art

olduugrlmtr.


53/264

35

ekil-3.28 % 5 Buhar enjekteli ve basit gerek evrimin karlatrmas (Meherwan-2006)

ekil-3.29 Buhar enjekteli evrimin trbin giri scaklna ve sktrma oranna greperformans (Meherwan-2006)


54/264

36

4. GAZ TRBNLER TEMEL DONANIMLARI VE DONANIMLARIN

NCELENMES

Gaz trbini temel ve ana donanmlar; kompresr, yanma odas ve trbin olarak ana

elemana ayrlmaktadr. Bu ksmda gaz trbinini oluturan ana elamanlar detayl olarak

inceleyerek gaz trbininin alma eklinin daha iyi anlalmasn salamaya alacaz.

Ayrca yine Solar T-1000 S rnek modelimiz zerinde ana elemanlar inceleyerek konunun

uygulanm halini gzler nne sererek pekimesini salayacaz.

4.1 Kompresrler

Kompresrleri incelemeye balamadan nce genel kompresr tanmn yapacak olursak;

kompresr, iinden geen gaz eklindeki akkana evrim boyunca enerji transfer ederek

akkann basncn arttran aleteklinde ifade edebiliriz. Gaz trbinlerinde ise kompresrlerin

temel grevi, hava giri ksmndan ald havay, trbinde genileyerek i yapacak ekilde

sktrarak basncn, hacmini ve scakln arttrarak, yanmann meydana geldii yanma

odasna sevk etmek, trbinde kullanldktan sonra egzoz ksmndan atlmasn salamaktr. Bu

ilem aadaki ekilde gaz trbinin her bir ana donanmnn giren havaya yapt etkiyi,

havann scaklk, basn ve hz gibi parametrelerine karlk gelecekekildebize ok iyi ifade

etmektedir.

ekil-4.1.1 Endstride ve gemi uygulamalarnda kullanlan tipik bir gaz trbininde havannana elamanlar arasndaki scaklk, basn, hz erileri ve deerleri (Giampaolo-2006)

Gaz trbinlerinde kompresr dizaynlar genel olarak eksenel ve radyal olmak zere ikiye

ayrlmaktadr. Fakat Amerikan hava kuvvetlerinde baz helikopterlerde eksenel ile radyalakl kompresrlerin kombinasyonu olan eksenel-radyal akl kompresrlerde


55/264

37

kullanlmaktadr. Gnmzde eksenel akl kompresrler 25 kademeye kadar dizayn

edilebilmektedirler. Radyal akl kompresrler ise bir veya iki impelden oluan kademeler

halinde olmak suretiyle dizayn edilmektedirler. Son krk ylda kompresr dizaynnda nemli

ilerlemeler kaydedilmitir. Bu ilerlemeleri kompresr kanat dizayn, bu kanatlarn retim

malzemesindeki ilerlemeler ile kompresr sktrma oranlarnn arttrlmas eklinde

sralayabiliriz. rnein, II. Dnya Sava yllarnda kompresrlerdeki sktrma oran 5:1

iken gnmz endstriyel gaz trbinlerinde bu oran 30:1 ve hatta havaclkta kullanlan gaz

trbinlerinde ise 40:1 oranna kadar karlmtr. Havaclkta kullanlan trbin

kompresrlerinde sktrma oranlarnda kaydedilen bu ilerlemeler sl verimde de % 35 lere

varan bir art salamtr. Bu nedenle havaclkta kullanlan gaz trbini aratrma ve

gelitirme almalar hzl olmu, dier uygulama alanlarndaki gaz trbinlerinin de ayn

oranda gelimesine katkda bulunmutur.

ekil-4.1.2 Yllara gre havaclk ve endstriyel gaz trbinlerinde kompresr sktrmaoranlarndaki gelime diyagram (Meherwan-2006)

Yukarda gaz trbinleri kompresrlerinden ksaca bahsettikten sonra imdi daha ayrntl

olarak eksenel akl, radyal akl ve eksenel-radyal aklkompresrleri inceleyelim.

4.1.1 Eksenel Akl Kompresrler

Gnmzde gaz trbinlerinde en ok kullanlan kompresr tipidir. Havaclk ve endstriyel

gaz trbini uygulamalarnda yksek verim ve tek aft ile daha yksek sktrma oranlar elde

etmeleri nedeniyle radyal akl kompresrler yerine eksenel akl kompresrler

kullanlmaktadr. Bunun en temel nedeni radyal akl kompresrlerde ktle aknn iki

dzlemde (eksenel-radyal) olmas eksenel akl kompresrlerde ise ktle aknn birdzlemde (sadece eksenel) ve ortalama hzlarn ok dk seviyede olmasdr. Ayrca yine


56/264

38

birok gaz trbini uygulamasnda 5 MW (mega-watt) n zerinde bir g elde edilmek

isteniyorsa eksenel akl kompresrler tercih edilmektedir. Havaclkta zellikle eksenel

akl kompresrler,byk uaklarn motorlar iin, gemilerde ise havaclk gaz trbinlerinden

tretilen pervane tahrikgaz trbinlerinde tercih edilmektedirler. Bunun nedeni; n alanlarnn

kk, debilerinin yksek olmas ve ii yapan radyal akl kompresrlere gre %3-4

civarlarnda daha verimli olmalardr.

Eksenel akl kompresr tanmn yapacak olursak; eksenel akl kompresr, havann

kompresrn dn eksenine paralel bir biimde gaz trbinine girip sktrlarak ve yine ayn

ekilde gaz trbinini terk ettiikompresr biimidir.

4.1.1.1 alma prensibi

Eksenel akl kompresr, alma akkann nce ivmelendirmekte ve sonrada difzyon

yoluyla basncn arttrmaktadr. Bu tip kompresrler; kademe ad verilenekil 4.1.3 ve ekil

4.1.4 tende grlebilecei zere, birbirine kart konumlu, hareketli (rotor) ve sabit (stator)

kanatk dizilerinden olumaktadr. Kompresrde bir rotor ve bir stator kanad bir kademeyi

oluturmaktadr. ekil 4.1.5 ten de takip edersek, eksenel akl kompresrde hareketli

kanatklar (rotor) havann kinetik enerjisini ve statik basncn arttrrken, sabit kanatklar

arasndaki gei aralklar ise havann kinetik enerjisini azaltp, scaklk ve basncn arttran

difizr gibi grev yapmak zere tasarlanmaktadrlar. Difizyon, k alannn geniletilmesi,

klavuz kanatklar kullanlmas (IGV) veya her ikisinin birlikte uygulanmasyla

gerekletirilebilirse de, genellikle kanatk kullanm tercih edilmektedir. Klavuz kanatklar

eksenel akl kompresrn giri ksmna monte edilirler ve kompresre giren havann

basncn arttrmazlar bunun yerinegiren havay eksenel yne evirip, hzn arttrarak uygun

giri as ile kompresr rotor kanatlarna arpmasn salamakla grevlidirler.Eksenel akl

kompresrlerde havann basnc kompresr boyunca her bir kademede yavaa

arttrlmaktadr.

ekil-4.1.3 Eksenel akl akl kompresr rotor ve statoru (Mattingly-2006)


57/264

39

Gaz trbinlerinin en byk sorunlarndan biri dk sl verimdir ve sl verimi arttrp bu

sorunun zmne ynelikte temel iki yntem bulunmaktadr. Bu yntemleri,

kompresrlerdeki sktrma oranlarn ve yanma scakln (trbin giri scakl)arttrmak

eklinde sralayabiliriz. Bu saydmz nedenlerden tr gaz trbininin kompresrnde elde

edilen sktrma oran sl verim asndan sonderece nem tamaktadr. lerleyen ksmlarda

kompresr sktrma oranlarn daha ayrntl olarak inceleyeceiz. Gaz trbinlerinde eksenel

akl kompresr kullanmnda, kompresr rotoru bir aft vastas ile gaz retici trbin

tarafndan evrilmektedir ve ayr bir aftl g retici bir trbin yoksa bu tip uygulamalar tek

aftl gaz trbin uygulamalar olarakbilinmektedir. Eksenel akl kompresrlerin kullanld

bu tip gaz trbinlerinde, trbinde retilen gcn, % 55-65 aras oranlardaki miktarlarda

kompresr tarafndan harcanmaktadr. Gnmzde kullanlan eksenel akl kompresrler 17-

25 kademelerden olumakta ve yksek sktrma oranlarn salayarak gelimiveya yksek

g retengaz trbinlerinde sktrma ilevini gerekletirmede kullanlmaktadrlar.

ekil-4.1.4 Eksenel akl kompresr kademesi (Baskharone-2006)

ekil-4.1.5 Eksenel akl bir kompresrde hz, scaklk ve basn deiim diyagram(Meherwan-2006)


58/264

40

4.1.1.2 Eksenel akl kompresr aerodinamii ve aerotermodinamii

Eksenel akl kompresrlerin alma prensibini daha iyi anlamak iin kompresr kanat

aerodinamik yapsn incelemek gerekmektedir. Kompresr kanatklar zerinden akan hava,

kanatk yzeyleri zerinde dikey ve yatay olmak zere kaldrma ve srtnme kuvvetlerine

neden olmaktadr.

Bu kuvvetleri neden olduklar etkenleri iki bileen halinde zmlemek mmkndr.

1-Kompresr eksenine paralel olan bileeni, hava zerinde ona eit ve ters ynl arka blgekuvveti, (ki bu kuvvet basn artna neden olmaktadr)eklinde tanmlayabiliriz.

2-Dn dzlemi zerindeki kuvvet bileeni kompresr hareket ettiren bileendir ve torkolarak adlandrlmaktadr.

ekil-4.1.6 Eksenel akl kompresr kanatklarna etki eden kuvvetler(Giampaolo-2006)

Aerodinamik noktadanbaktmzda bir kompresrn baarl bir ekilde almas iin iki

adet limit faktr bulunmaktadr. Bunlar kanata hcum eden havann geli a ve hzdr.

Eer kanata hcum eden havann as ok dik ise, hava ak kanadn ibkey yzeyini

takip etmeyecektir. Bu durum kaldrma kuvvetini oluturacak ve srtnmeyi arttracaktr.

Eer kanada gelen hava ok dar bir a ile gelirse de, hava ak kanadn ibkey yzey

yapsnda dalacaktr ve bu da srtnmeyi arttracaktr. Kanata gelen havann as

maksimum deerine yaklarsa artan srtnme kuvvetini yenmek iin byk oranlarda enerji

kayplar meydana gelecek ve bu da verimde azalmaya neden olacaktr. Bu anlatm ekil

4.1.7 zerinde grmek mmkndr.


59/264

41

ekil-4.1.7 Kompresr kanatlarna havann geli asna gre kanat yzeyindeki havanndavranlar (Giampaolo-2006)

Deneysel yntemlerle bu kaldrma ve srtnme kuvvetleri eitli kanat ekillerine, ak

hzna ve kanata akn geli asna gre hesaplanabilmektedir. Bir kanata etki eden

kuvvetlerden srtnme kuvvetini ile, kaldrma kuvvetini indisi ile gsterecek olursak

bu kuvvetleri deneysel yntemlerle karlm formllerden hesaplamamz mmkn olacaktr.

(1)

(2)

Burada;

ve katsaylar akkann belirli bir yzeye geli asna gre rzgar tnellerinde test

edilip plotlanarak hesaplanmaktadr. rnek bir plotlamalar sonucu elde edilen eriler

gaz türbini çalışma donanımlarının incelenmesi axstream programıyla eksenel akışlı...

Documents