Eliptik dişli çifti ile imal edilen debimetre tasarımı, prototip imalatı ve deneysel performans tayini
Flowmeter design manufactured with elliptical gear pair, prototype manufacturing and experimental performance determination
Yazar: İBRAHİM PAZARKAYA
Danışman: PROF. DR. AHMET ÖZDEMİR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET YAZAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Debimetrelerin tasarım ve imalat parametrelerinin doğru belirlenmesi, ticari ortamlardan temin edilen debimetrelerin beyan edilen özelliklerinin güvenilir olmasını da beraberinde getirmektedir. Bu tez çalışmasında, üç farklı a/b oranı, üç farklı modül ve üç farklı diş sayısına sahip dokuz farklı eliptik dişli çiftine sahip eliptik dişli debimetre üretilmiştir. Akış ölçerlerin kalibrasyon katsayıları, dişli pompa ile tahrik edilen bir deney düzeneği aracılığıyla belirlenmiştir. Akış testlerine göre, akışkan basınçları arttığında tüm akış ölçerler tarafından ölçülen akış hızları azalmıştır. Taguchi L9 deney setine göre, eliptik düz dişlinin en uygun imalat parametreleri, sinyal-gürültü oranı en büyük en iyi olarak seçildiğinde a/b oranı 1,40, m = 2,50 mm ve z = 40 diş olarak elde edilmiştir. Varyans analizi sonuçlarına göre üretilen debimetrelerin R2 = %98,98 oranında güvenilir olduğu, modülün ölçülen debiye katkı değerinin %65,17 ile en büyük olduğu ve en etkisiz değişkenin %0,95 ile a/b oranı olduğu görülmüştür. Ayrıca üretilen debimetrelerin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) modelleri oluşturulmuştur. İmal edilen debimetrelere göre en uygun eliptik dişli parametrelerinin ve ölçülen debi miktarını etkileyen en önemli parametrenin istatiksel olarak belirlenmesinin amaçlandığı çalışmanın yöntemi CFD analizlerine dayandırılmıştır. Akışkan basıncı arttıkça CFD analiziyle hesaplanan debi miktarları azalmıştır. Ölçülen ve CFD analiz sonuçlara göre; ortalama debi değişiminin -%0,0102 olduğu, en büyük değişimin 3,00 MPa basınçta %0,0855 ile Db-03 kodlu, en küçük değişiminse 4,50 MPa basınçta %0,0002 değeriyle Db-02 kodlu debimetrede olduğu görülmüştür. Bütün debimetrelerin ölçülen ve hesaplanan yüzde debi değişimlerine göre imal edilen debimetreler için hazırlanan CFD modellerin tutarlı olduğu göstermiştir. CFD analizleriyle hesaplanan debi miktarlarının R2=99,00 düzeyinde güvenilir olduğu ve varyans analizi sonuçlarına göre elde edilen debi miktarına en büyük katkıyı %65,25 ile modül değerinin, en az katkıyı ise %0,96 ile a/b oranının sağladığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Accurate determination of the design and manufacturing parameters of flowmeters leads to the reliability of the declared characteristics of the flowmeters supplied from commercial environments. In this thesis, elliptical gear flowmeters with nine different elliptical gear pairs with three different a/b ratios, three different modules and three different numbers of teeth have been fabricated. The calibration coefficients of the flowmeters were determined through an experimental setup driven by a gear pump. According to the flow tests, the flow rates measured by all flowmeters decreased when the fluid pressures increased. According to the Taguchi L9 experimental set, the optimal manufacturing parameters of the elliptical spur gear were obtained as a/b ratio 1.40, m = 2.50 mm, and z = 40 teeth when the signal-to-noise ratio was selected as the largest best. According to the results of the analysis of variance, it was seen that the produced flow meters were reliable with R2 = 98.98%, the contribution value of the module to the measured flow was the largest with 65.17%, and the most ineffective variable was the a/b ratio with 0.95%. In addition, computational fluid dynamics (CFD) models of the manufactured flowmeters were created. The method of the study, which aims to statistically determine the most suitable elliptical gear parameters according to the manufactured flowmeters and the most critical parameter affecting the measured flow rate, is based on CFD analysis. As the fluid pressure increased, the flow rates calculated by CFD analysis decreased. According to the measured and CFD analysis results, the average flow rate change was -0.0102%, an enormous change was in the flow meter coded Db-03 with 0.0855% at 3.00 MPa pressure, and a minor change was in the flow meter coded Db-02 with 0.0002% at 4.50 MPa pressure. According to the measured and calculated percentage flow rate changes of all flow meters, it was shown that the CFD models prepared for the manufactured flow meters were consistent. It was determined that the flow rates calculated by CFD analysis were reliable at the level of R2=99.00, and according to the results of the analysis of variance, the most immense contribution to the flow rate obtained was the modulus value with 65.25% and the most negligible contribution was the a/b ratio with 0.96%.