Francis Tipi Türbin Çarkının Tersine Mühendislik ile Tasarımı ve Rehabilitasyonu

Abstract

Francis tipi su türbini çarkları karmaşık yapıya sahip kanatlar ile donatılmıştır ve özel tasarım programları ile iteratif süreçle tasarlanırlar. Çark kanatları gelen akışı yönlendirebilmek ve performans değerini sağlayabilmek adına dönüşlü ve değişken üç boyutlu profile sahiptir. Bu sebeple çark kanatları için teknik çizim verisi elde etmek imkânsızdır. Özellikle hidroelektrik santral rehabilitasyon çalışmaları için varolan çarkın yeniden tasarımı için tersine mühendislik tasarım yöntemine ihtiyaç duyulmaktadır. Geleneksel tersine mühendislik sürecinin yanı sıra analiz edilebilir bir kanat geometrisi elde edebilmek adına kanat tasarım değişkenlerinin katı model üzerinden belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, Francis tipi türbin çarkı için tersine mühendislik tasarım yöntemi geliştirilmiştir. Geleneksel tersine mühendislik aşamaları özgül hızları farklı iki çark için uygulanmıştır. Geliştirilen tasarım yöntemi tasarımı tarafımızdan (Etü Hidro ekibi) gerçekleştirilen BUSKİ HES çarkına uygulanarak doğrulanmıştır ve kurulu gücün %70'ini sağlayan Kahta HES çarkı için uygulanarak performansa etki eden faktörler üzerinden rehabilitasyon çalışmaları yürütülmüştür. Rehabilitasyon çalışmaları sonucunda 3539,6 kW güce ve %96,5 verime sahip yeni çark geometrisi elde edilmiştir.

Francis type hydraulic turbine runners are equipped with complex shaped blades and their blades are iteratively designed with special design programs. Runner blades have rotational and variant three dimensional profiles, in order to direct incoming flow and provide performance values, so it is impossible to obtain technical drawing data. A reverse engineering design methodology is necessary for the redesign of an existing runner geometry especially in the hydroelectric power plant rehabilitation studies. In addition to traditional reverse engineering process, blade design parameters should be determined to obtain an analyzable blade geometry from the solid model. In this study, a reverse engineering design methodology is developed for Francis type hydraulic turbine runners. Traditional reverse engineering steps are applied to two different runners that have different specific speeds. The developed design methodology is verified by applying to BUSKI HEPP runner which is designed by our group (ETÜ Hidro). The verified methodology is utilized for Kahta HEPP which provides 70% of the installed capacity in order to find out the reasons of the lack of performance and rehabilitation studies are carried out. As a result of rehabilitation studies, a new runner geometry is obtained with power of 3539,6 kW and efficiency of 96,5%.