Mikro pelton türbin tasarımı, sayısal analizleri ve deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Tez kapsamında, 20 metre düşü ve 1,5 lt/sn debi aralığına göre mikro kapasitedeki Peltontürbini tasarımı gerçekleştirilmiştir. Söz konusu tasarım; temel analitik yaklaşımlar, yapılanliteratür araştırması sonucunda elde edilen sayısal ve deneysel sonuçların değerlendirilmesive Pelton türbin endüstrisinde oluşturulan bilgi birikimi de göz önünde bulundurularakgerçekleştirilmiştir. Tasarım süreci Pelton türbinleri için literatürde izlenen adımlara paralelolarak öncelikle analitik yöntemler ile deneysel sonuçların birlikte değerlendirilmesiylebaşlatılmıştır. Ardından, çark ve nozul ekipmanlarının ayrıntılı sayısal analizleri FlowVisionHAD yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizler gerçekleştirilirkenöncelikle farklı kaşık geometrileri üzerinde statik analizler yapılarak, tork değerleri eldeedilmiş türbin verimini artırmaya yönelik uygun kaşık / çark geometrilerinin hangileriolabileceği hususu incelenmiştir. Çalışmanın devamında, seçilen uygun çark ve kaşıkprofiline göre üç boyutlu geometriler ve sayısal ağ oluşturularak HAD analizlerisürdürülmüştür. Analizler, çark etrafında sırasıyla 18 ve 19 kaşık olacak şekildetekrarlanmış ve tork değerlerindeki değişimler elde edilmiştir. Sonuç olarak, bu debi vedüşüde en verimli çarkın 18 kaşıklı, bir nozullu ve kaşık sapma açısı 8 derece olan çarkolduğu belirlenmiştir. Bu çarkın imalatı gerçekleştirilerek üzerinde tork ve çıkış gücü testleriyapılmıştır. Testler sonucunda deneysel ve sayısal değerler arasında % 6,5'lik kabuledilebilir bir hata oranı hesaplanmıştır

In this study, a micro Pelton Turbine which has 20 m. head and 1,5 lt/s flow rate is performedanalysis of a micro pelton turbine. The design is obtained using analytical and experimentalresults in literature and Pelton turbine industry experiences. Design process follows firstlythe steps mentioned in the literature and then brings theoretical and experimental resultstogether. After the predesign stage, the numerical analysis of the propeller and nozzle of theturbine are performed by using a scientific CFD software which is called FlowVision. WhileCFD processing, static analysis of different propeller geometries and obtained torque valuesare firstly performed. After that, utilizing these torque values, it is decided to increase turbinehydrolic efficiency that which propellers are numerical analysed. In order to analysepropellers and buckets which are chosen, the numerical geometries and grids are formed andthen CFD analysis are made. Analysis are iterated for propellers which have 18 and 19buckets, respectively and gained torque values related to propellers. As a result ofcomputational analysis, it is obtained that the most efficient propeller is 19-bucket propellerwith one nozzle and 8-degree deviation angle. In the last part of the study, The propeller ismanufactured and tested for output power. As a result of experimental investigation, thenumerical and experimental results are compared and a 6,5 % error rate between themreached which is acceptable in engineering point of view