Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yardımıyla su türbini çarkı tasarımı ve eniyilemesi

Abstract

Günümüzde kullanılan modern türbinler arasında, Francis tipi türbinler geniş debi ve düşü aralıkları içerisinde olmaları sebebiyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Francis tipi türbinler beş farklı bileşenden meydana gelmiş olup, en önemli bileşeni olan çark ve çarkın bağlı olduğu jeneratör yardımıyla enerjisini üretmektedir. Tüm bileşenler birbirine bağlı olup, türbinden elde edilen verimin en yüksek değerde olmasını sağlamak üzere tasarlanmaktadırlar. Bu bileşenlerin başında gelen çarkın boyutları; tasarım debisine, düşüye ve jeneratörün hızına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Bu çalışmada, Francis tipi türbin çarkı için tasarım metodolojisi geliştirilmiş, bu metodoloji birden fazla çarka uygulanmıştır. Metodoloji, çarkın ilk boyutlarının belirlenmesi ile başlar ve hidrolik verimin en üst değerine çıkması için yapılan denemeler ile devam eder. Akabinde, bu yöntemle tasarlanmış bir çarkın tasarım sürecinde kaybedilen sürenin kısaltılması ve maksimum verimlilik değerine ulaşılmasını kolaylaştırmak amacıyla geometri eniyilemesi yapılmıştır.

Francis type turbines are commonly used turbines within the other contemporary turbine types with their wide range of flow rate and head values. Francis type turbines are composed of five different components and they generate their energy with the help of runner and runner connected generator. All components of turbine are linked, and they are designed to maximize the turbine efficiency. The dimensions of the runner vary depending on the design discharge, head and the speed of the rotor of the generators. In this study, for Francis turbine runners, a design methodology is developed, and it is applied to more than one runner. The methodology starts with the definition of the initial dimensions of the runner and it continues with an iteration process to obtain maximum hydraulic efficiency. Subsequently, to reduce the wasted design process time while designing runner and to reach the maximum efficiency easily, metamodel based design optimization is performed.