Rüzgar türbini pervane göbeği üretimi ve yapısal özelliklerinin belirlenmesi
Production and structural characterization of wind turbine rotor hub
Yazar: ÇAĞLAR YÜKSEL
Danışman: PROF. DR. AHMET EKERİM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Dökme demir = Cast iron ; Döküm endüstrisi = Casting industry ; Dökümler = Castings ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines

Özet:
Temiz enerji kaynaklarından biri olan rüzgar enerjisinden yararlanmak için önemli araştırmalar yapılmaktadır. Bu araştırmalar sonucu ağır çalışma koşullarını karşılamaya yönelik yeni malzemelerin kullanılması veya mevcut malzemelerin özelliklerinin geliştirilmesidir. İklimsel etkiler için gereksinimleri karşılayacak, fiziksel ve mekanik özellikleri yüksek, kullanım süresinde çalışma güvenliği ve emniyeti sağlayacak, üretimi, şekillendirilmesi, bakımı ve onarımı kolay, verimli işletme koşullarına uyumlu malzemeler tercih nedenleridir.Tasarım gereksinimleri sağlanmış rüzgâr türbininin göbeği, mukavemet, sertlik, işlenebilirlik, aşınma direnci, çentik darbe dayanımı ve korozyon direncine sahip küresel grafitli dökme demir malzemeler literatür verilerine göre incelenmiş ve mevcut özellikleri araştırılmıştır. Dökme demir malzemeler genel olarak incelenmiş ve pervane göbeği yapımında kullanılan küresel grafitli dökme demirlerin dökülebilirliliği, üretilebilirliliği, tasarım gereksinimlerini karşılaması için modelleme ve simülasyon çalışmalarından da yararlanılarak EN-GJS-400-18U-LT standardına uygun malzeme seçilmiştir.Seçilen malzemenin şekilli parça olarak dökülebilmesi için modeli, kum kalıba dökümü, dökümde katılaşma hızının kontrolü ve ferritik dokuda olması, grafit yapısı, çekme ve akma dayancı, kopma uzaması, çentik darbe dayanımı v.b. mekanik özelliklerinin sağlanması amacıyla deneysel çalışma yapılmıştır. Yüksek gerilime sahip bölgeler, parçanın imalatı sırasında farklı kesit kalınlıkları ve bu kesitlerdeki farklı sıcaklık gradyantları nedeniyle oluşacak problemleri belirlemek için 100x100x800 mm ölçülerinde döküm parçası dökülmüştür. Numune döküm parçasından çekme deneyi, çentik darbe deneyi ve metalografik incelemeler için örnekler çıkarılmıştır. TS EN 1563'e göre çekme deneyleri ve çentik darbe deneyi yapılmıştır. Doku incelemeleri için yüzeyler metalografik olarak hazırlanmış, grafit yapıları dağlama yapmadan, mikro yapılar %2'lik nital ile dağlanarak SEM ve optik mikroskobunda incelenmiştir.İncelemeler sonucu, çekme dayancı 459 Mpa, akma dayancı 310 Mpa, sertlik değeri 150 HB, kopma uzaması %19 bulunmuştur. Çentik darbe deneyi charpy deney metoduna göre gerçekleştirilmiş -20ºC'de 10J/cm2 olarak bulunmuştur. Dokusal inceleme sonucunda yapıda %95 ferritik, %5 perlit elde edilmiştir. Standart 5x50 büyütmede grafitlerin şekli sayısı ölçülmüştür. Grafitlerin küresel şekilli olduğu ve birim alandaki küre sayısının 105 (adet/mm2) olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
One of the clean resources of energy that is called wind energy is investigated significantly. These researches? result is using new materials to meet the severe operating conditions or making development of properties of existing materials. Materials that have higher physical and mechanical properties, resistance against the climate effects, safety, formability, cheap and easy maintenance are preferred for wind turbine production.Design requirements provided for the wind turbine hub and strength, hardness, machinability, wear resistance, impact resistance and corrosion resistance of spheroidal graphite cast iron materials were examined and existing properties were investigated according to the literature. Generally, cast iron materials were studied and castability, producibility of spheroidal graphite cast iron that is used for fabrication of wind turbine hub were investigated. Moreover, Materials selection was carried out to provide design criteria by using modeling and simulation according to EN-GJS-400-18U-LT.Casting and solidification analyze were studied in experimental studies. Materials characterization was carried out to examine microstructure, graphite structure and mechanical properties. Experimental studies were performed to define high stress zones and other casting problem that occur due to different cross-sectional thickness of material and temperature gradients. Specimen was obtained from casting material for metallographic examination, tensile and V-notched impact tests. Tensile tests and impact tests were applied according to the TS EN 1563. Planes were set up for metallographic examinations, graphite structures were examined before etching, SEM and optical microscopes were used for microstructure examination after etching with Nital %2.According to mechanical tests, tensile strength was determined as 459 MPa, yield strength was determined as 310 MPa, hardness of the cast specimen was determined as 150 HB. According to tensile test, 19% elongation was obtained. According to Charpy V-notched impact test method 10J/cm2 impact value was found at -20ºC. With microstructural examination %95 ferritic, %5 pearlitic phases was observed. Graphite shapes was measured at standard 5x50 magnification. Graphite shapes were spheroidal and graphite count was 105 nodule/mm2.