Hibrit Francis tipi türbin çarkının sayısal yöntemler ile tasarımı ve geliştirilmesi

Francis tipi türbin çarkları, her bir hidroelektrik santralin (HES) hidrolik ve işletme gereksinimlerini karşılayacak şekilde özel olarak tasarlanmaktadır. Türkiye'nin uzun yıllardır işletmede olan önemli santrallerinden biri olan Sarıyar HES, iki farklı çark tasarımına sahip toplam dört üniteden oluşmaktadır. Bu durum, bakım süreçlerinin karmaşıklaşmasına, tasarım sürelerinin uzamasına ve üretim maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır. Sarıyar HES Rehabilitasyon Projesi kapsamında, bu zorlukların aşılmasına yönelik yenilikçi bir yaklaşım izlenmiş olup tüm ünitelerde kullanılabilecek, yüksek verimli tek tip bir hibrit çark geometrisi geliştirilmiştir. Bu hibrit tasarım, iki ayrı eski tasarımı tek bir ortak tasarıma çevirerek üretim ve montaj süreçlerini sadeleştirmekte ve işletme açısından önemli ekonomik avantajlar sağlamaktadır. Bu çalışmada, hibrit çarkın tasarımı ve analizleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çeşitli işletme koşullarında hidrolik performansı ve kavitasyon davranışı değerlendirilmiştir. Yapılan HAD analizleri, geliştirilen yeni hibrit çarkın türbin veriminde belirgin artış sağladığını ve hidrolik kayıpları önemli ölçüde azalttığını ortaya koymuştur. Ayrıca, optimize edilen kanat çarpma açıları ve akışa uyumlu yönlendirme sayesinde, uzun vadede türbin güvenilirliği açısından kritik öneme sahip olan girdap ve akış ayrılması gibi ikincil yapılar minimuma indirilmiştir. Bu hibrit tasarımın uygulanması, yaşlanmış hidroelektrik santrallerin hizmet ömrünü ve performansını artırmaya yönelik pratik ve yenilikçi bir çözüm örneği oluşturmakta, aynı zamanda yerli mühendislik kabiliyetlerinin gelişimini desteklemektedir. Bu çalışma, tersine mühendislik ile CFD tabanlı optimizasyonun bir arada kullanılması sayesinde, geleneksel rehabilitasyon yaklaşımlarına kıyasla daha düşük maliyetli ve yüksek performanslı alternatifler üretilebileceğini göstermekte ve hidroelektrik sektöründeki benzer projeler için yol gösterici bir metodoloji sunmaktadır.