Turbo döngüsel motor türbininin tasarımı ve imalatı
Design and manufacturing of turbo rotary engine turbine
Yazar: TALİP TAŞDELEN
Danışman: PROF. DR. MELİH OKUR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Otomotiv ve özellikle havacılık alanında yaygın olarak tercih edilen döngüsel motorlar ve sistemleri (kompresör, türbin ve yanma odası) günümüzde birçok farklı alanda da kullanılmaktadır. Paletli döngüsel kompresörler klima ve soğutma sistemlerinde kullanılırken, döngüsel türbinler ise atık ısı kazanımlı Organik Rankine Çevrim sistemlerinde genleştirici olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada özgün bir döngüsel motor sisteminin ikili gövde yapısına sahip türbin performansı deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler, türbin döner valfinin (0°-180° ve 0°-360°) açık kalma sürelerinin değiştirilmesi ile yanma odalı ve yanma odasız olmak üzere iki ana grupta yapılmıştır. 0°-360° giriş açısının, 0°-180° giriş açılarına göre türbin gücünde yaklaşık %30 daha fazla bir artış elde edilmiştir. Yanma odalı sıcak hava deneylerinden soğuk hava deneylerine kıyasla 4 kat güç artışı elde edilmiştir. Gövde sayısı dörde çıkartılıp benzer debilerde soğuk hava deneyleri 0-360 derece döner valf açıklığında, eksantrik mil üzerindeki farklı kam profili açılarında (90° ve 180°) deneyler tekrarlanmıştır. Karşılıklı ve sıralı şekilde gövde içerisine giren hava akışı kıyaslanmıştır. Karşılıklı açılarda hava girişi sıralı açılarda hava girişe oranla yaklaşık 40W güç artış olduğu gözlemlenmiştir. Deneylerden önce ikili ve dörtlü gövde yapısına sahip türbin tasarımları için yapısal analiz gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları incelendiğinde her iki kurguda benzer bölgelerde deformasyon olduğu görülmüştür. İki kademe ve dört kademe gövdeler kullanılarak gerçekleştirilen deneyler kıyaslanmıştır ve gövde dörde sayısının artırılmasının etkileri incelenmiştir.

Abstract:
Rotary engines and their systems (compressor, turbine and combustion chamber), which are widely preferred in automotive and especially aviation, are also used in many different areas today. While vane cyclic compressors are used in air conditioning and cooling systems, cyclic turbines are used as expanders in waste heat recovery Organic Rankine Cycle systems. In this study, the turbine performance of an original rotary engine system with dual body structure was investigated experimentally. The experiments were carried out in two main groups, with and without combustion chamber, by varying the open times of the turbine rotary valve (0°-180° and 0°-360°). While 0°-360° inlet angles increase turbine power by 30% more than 0-180 inlet angles. 4 times better results were obtained in hot experiments with combustion chamber compared to cold experiments without combustion chamber. The number of bodies was increased to four and the cold air experiments were repeated at 0°-360° degrees rotary valve opening and at different cam profile angles (90° and 180°) on the eccentric shaft. The air flow entering the body in a reciprocal and sequential manner was compared. It has been observed that there is a power increase of about 40W compared to the air inlet at opposing angles of the air inlet sequential angles. Before the experiments, structural analysis was carried out for turbine designs with double and quadruple body structures. When the analysis results were examined, it was seen that there were deformations in similar regions in both constructs. Experiments using two-stage and four-stage stems were compared and the effects of increasing the number of stems into four were examined.