Yüksek hızlı aşınma test düzeneği tasarımı, analizi ve fırça keçeler için aşınma karakterizasyonu

Buhar ve gaz türbinlerinlerinde kullanılan fırça keçeler türbinin verimini arttıran önemli bir bileşendir. Son yıllarda labirent keçelerin yerine birçok uygulamada tercih edilmeye başlanmıştır. Bu tezde fırça keçelerde kullanılan kılların malzemelerini değerlendirmek için bir test sistemi geliştirilmiştir, böylece fırça keçelerin aşınma performansı belirlenmiştir. Yüksek hızlı aşınma test sisteminin final tasarımı, CAD modellemesi, analizleri ve aşınma karakterizasyonu incelenmiş ve bu tezin içeriğinde detaylandırılmıştır. Yüksek hızlı aşınma test sisteminin temel amacı, fırça keçelerde bulunan kılların aşınma performansını tahmin etmek için aşınma oranlarını ölçmektir. Malzeme açısından bakıldığında, fırça keçe malzemesinin aşınma özelliklerini değerlendirerek uzun süreli fırça keçe performansını ve ömrünü belirlemek için test yapılır. Dilim fırça keçe telini yüksek hızlı dönen rotorun dış çapına karşı gelecek şekilde, fırça keçe telleri ile karşı yüzey arasında temas oluşturarak test edilir. İki birbirine karşı dilim keçe aşınma oranlarını hesaplamak için rotorun sağ ve sol yanından belirli yük ile itilir. Böylece test sistemi fırça keçe tellerinin aşınma oranlarını ölçmeyi sağlar. Yüzey hızlarının yaklaşık 120 m/s, sıcaklıkların 25℃ ve 650℃ arasında ve uygulanan yüklerin 0.2 N ile 10 N arasında değişen test koşulları, türbin fırça keçelerinde bulunan birçok önemli parametrenin simülasyonunu sağlar. Test sistemi hem sıcak hem de soğuk hava ortamı için uygundur. Fırın, sistemi ısıtmak ve sıcak ortamda aşınma oranlarını hesaplamak için kullanılır. Testler, keçe test numunesinin dönen şafta radyal yönde belirli kuvvet uygulaması ile gerçekleştirilir ve aşınma ölçümü için uygun bir yöntem olan keçe test numunesinin kütle kaybı hassas terazi kullanılarak ölçülür. Bir başka deyişle, birim kuvvet altında kütle kaybından dolayı aşınma oranları hesaplanmaktadır. Sıcaklık, yüzey hızı ve rotor malzemesinin etkisi gibi fırça keçe aşınma özellikleri üzerindeki farklı etkiler araştırılmıştır. Ayrıca, sistemde kullanılan kritik dönen parçaların termal ve mekanik analizleri yapılmıştır böylece tasarım doğrulama başarıyla gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, temas bölgesinin artan yüzey hızı ile fırça keçe aşınma katsayısının azaldığını göstermektedir. Buna ek olarak, sıcaklık arttıkça fırça keçe aşınma katsayısı azalma eğilimi gösterir ve fırça keçe kıllarının aşınması sürtünen malzemenin türüne bağlıdır.