Bir mikro hidro türbinin tasarımı analizi ve deneysel incelenmesi

Gittikçe artan enerji ihtiyacını karşılamak üzere yerel olarak kullanılabilecek bir çözüm düşüsü az debisi nispeten düşük olan akarsular üzerine kurulacak mini/mikro düzeydeki hidrolik türbinlerdir. Bu çalışmada 10kW'lik boru tipi sabit kanatlı bir hidrolik türbin tasarımı yapılmış, yapılan tasarımın Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği teknikleri ile performans analizleri yapılmış ve optimizasyonlar ile güç üretimi arttırılmış, Sonlu Elemanlar Yönetmi ile mukavemet heesapları yapılmış, daha sonra üretilmiş ve İTÜ Prof. Dr. Cahit Özgür Hidromekanik Laboratuvarı'nda testleri gerçekleştirilmiştir.Tasarım süreci öncelikle amprik ve analitik formüller kullanılarak ana boyutların hesabı ile başlamış, hız üçgenleri kullanılarak kanat tasarımları yapılmıştır. 3-boyutlu tasarımlar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizleri ile doğrulanmış, daha sonra optimzasyon sürecine geçilmiştir. Stator sayısı, emme borusu geometrisi, kanat açıları, göbek çapı, kuyruk suyu borusu geometrisi gibi birçok parametrede değişiklikler yapılarak aynı düşü için türbinin verim ve güç değerleri arttırılmıştır.Eniyileştirme çalışmalarında ortaya çıkan 15 farklı tasarımdan seçilen tasarım için sonlu elemanlar analizleri ile mukavemet hesabı yapılmış ve yeterli güvenlik faktörü görüldüğünde üretim için mekanik tasarım yapılmıştır. Mekanik tasarım üretilebilirlik açısından bazı kısıtlar getirdiğinden sivri kenarlı kanatların keskinliği azaltılmış ve akabinde rotor ve stator kanatları CNC'de işlenmiş, gövdenin büyük kısmı standard borudan kesilmiş, standard olmayan çap içinse sac bükülerek kaynatılmıştır.İmalatı yapılan prototip İstanbul Teknik Üniversitesi'ne hidrolik test için gönderilmiştir. Moment ölçümü için bir torkmetre yerleştirilmesinin mümkün olmaması sebebi ile hidrolik güç ve jeneratör güçleri ölçülerek sistem verimi hesaplanmış, türbinin dizayn debisini test sisteminde sağlamak mümkün olmadığından testler anma hızından düşük hızlarda yapılıp daha sonra ölçüm sonuçları 1500 d/d dönme hızına irca edilmiştir. Elde edilen test sonuçları ile analiz sonuçları karşılaştırılığında oldukça yakın değerler elde edilmiştir.Bu çalışma neticesinde 10kW'lık bir mikro türbinin sayısal yöntemler kullanılarak tasarımı yapılmış ve bir tasarım metodolojisi oluşturulmuştur. Deneysel sonuçların sayısal analizler ile yakın çıkmış olması tasarım sürecinde sonlu analiz yöntemlerinin kullanılmasının faydasını ortaya koyması açısından önemlidir ve günümüz tasarım süreçlerinin vazgeçilmez unsurlarıdır.