Hidrolik türbinlen kanat yüzeylerinde kavitasyon olayının incelenmesi
Investigation of the cavitation event on the wing surfaces of hydraulic turbines
Yazar: MEHMET ERGÜN GÖGEBAKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CUMA ÇETİNER
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Suyun metal yüzeyler ile temas ettiği noktalarda ani basınç değişimlerinden kaynaklı meydana gelen ve aşınma olarak tanımladığımız kavitasyon olayına daha çok su türbinlerinde, santrifüj pompalarda, gemi pervanelerinde ve keskin dönüşlerin görüldüğü akışkan borularda rastlanmaktadır. İstenmeyen bir durum olarak karşımıza çıkan bu oluşum, sistemlerde verim kayıplarına neden olur. Uzun süre kavitasyon altında çalışılması durumunda malzeme yüzeyinin çok hızlı bir şekilde yıpranarak süngerimsi bir hal alması ve sonrasında parçalanmasından dolayı zaman zaman tüm sistemin rehabilite edilmesine de neden olmaktadır. Bu çalışmada kavitasyon olayının en fazla gözlendiği alanlardan biri olan hidrolik türbinlerdeki kavitasyon oluşumuna ayrıntılı bir şekilde yer verilmiştir. Ülkemizde daha çok Karakaya, Keban ve Gökçekaya Hidroelektrik Santralleri (HES) olmak üzere birçok santralde kavitasyon problemine karşılaşılmaktadır. Çalışmamızda Keban, Kesikköprü, Karakaya HES ve bir adet dikey Francis tipi türbinin farklı yük ve hidrolik düşü değerleri altında çalıştırılması durumunda veriler alınmıştır. Bu veriler ile özgül hız-kavitasyon katsayısı sınır değeri karakteristik eğrisinde incelenmiştir. Bu santrallerin hangi şartlar altında çalıştırılması durumunda kavitasyona maruz kaldıkları tespit edilerek meydana gelebilecek verim kayıplarını azaltmak için yapılması gerekenler araştırılmıştır. Ayrıca metal yüzeylerde, sıvı basınç farklılıklarından kaynaklanan kavitasyon oluşumunun nedenleri, meydana geliş biçimleri, kavitasyon çeşitleri ve sıklıkla görüldüğü alanlar inceleyerek kavitasyonu engellemenin veya en aza indirmenin çözüm yolları araştırılmıştır. Özellikle yüksek düşülerdeki HES'lerdeki türbinlerde görülen kavitasyon olayına karşı ne tür çalışmaların yapıldığı ve çalışmalar sırasında hangi yollara başvurulduğu incelenmiş ve yeni çözüm yolları ortaya konmuştur.

Abstract:
It is possible to encounter the cavitation event which is defined as the abrasion of the water due to sudden pressure changes at the points where the water comes into contact with the metal surfaces in the water turbines, the centrifugal pumps the ship propellers and the fluid pipes where sharp turns are seen. This formation, which is seen as an unwanted situation, causes loss of efficiency in the systems. When working under a long time cavitation, the surface of the material can become very spongy and then disintegrate, which may cause the whole system to be rehabilitated from time to time. In this study, the formation of cavitation in hydraulic turbines, which is one of the most observed areas of cavitation, is given in detail. In our country, cavitation problem is frequently encountered in many power plants such as Karakaya, Keban and Gökçekaya Hydroelectric Power Plants (HEPP). In this study, when Keban, Kesikköprü, Karakaya HEPP and one Francis turbine are operated under different load and hydraulic head values, the data obtained are examined in the specific speed-cavitation coefficient limit value characteristic curve. The conditions under which HEPPs are operated are determined by cavitation and the necessary actions to reduce the yield losses are investigated. In addition, the reasons of formation of cavitations caused by liquid pressure differences on metal surfaces, the types of occurrence, types of cavitation and frequently seen areas were investigated and the ways to prevent or minimize the formation of cavitation were investigated. Specifically, the studies carried out in the turbines found in the hydroelectric power plants with high head have been investigated and the new ways of solution have been examined.