Kelebek vanaların optimizasyonu ve yeni bir kelebek vana tasarımı
Optimization of butterfly valves and design of a new butterfly valve
Yazar: ONUR GÖK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HACI ALİ ERTAŞ
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında akışkan kontrolü için yaygın olarak kullanılan kelebek vanaların klape tasarımının dinamik etkileri genel olarak (avantaj, dezavantaj, üretim yöntemleri gibi…) incelenmiştir. Bu amaçla kelebek vananın klape adlı açma kapatma elmanı yeniden tasarlanıp, kelebek vana 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90 derece konfigürasyonları ile nümerik testler neticesinde kıyaslanmıştır. Bu nümerik analizlerde Flow Simulation paket programı kullanılmıştır. Açma kapama elemanı olan klape üzerinde optimizasyon çalışması yapılıp, hem akışkan için hem Drag Force (klape üzerindeki akışkanın direnç kuvveti) için hem de malzeme tasarrufu göz önünde bulundurularak en optimum klape elde edilmeye çalışılmıştır. Cd (klape üzerindeki akışkanın direnç kuvvetiyle doğru orantılı olarak değişen direnç katsayısı) katsayısı düşürülerek aerodinamik avantaj sağlanmıştır. Böylelikle klape üzerine gelen yükler azaltılıp, Cd katsayısının düşmesine bağlı olarak Drag Force kuvvetinde de mevcut tasarıma oranla düşüşler gözlenmiştir.
Tüm bu çalışmaların sonucunda basınç farkı azaltılarak ve Cd katsayısı düşürülerek klapenin tahrik edilmesi kolaylaşmış, vana yeni klapeyle daha kolay açılır ve kapanır hale gelmiştir.
Yapısal olarak yeni klape tasarımı incelendiğinde eski klape tasarımına göre ağırlığı düşürülerek malzeme tasarrufu elde edilmiştir. Yeni klape tasarımı daha mukavemetli hale getirilerek yük altındaki gerilmeleri ve yer değiştirmeleri azaltılmıştır. Böylece hem ekonomik olarak hem de mühendislik olarak kazanç elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, dynamic effects on flap design of butterfly valves, which are widely used for fluid control, (advantages, disadvantages, such as production methods, etc.) have been investigated. For this purpose, flap mechanism was re-designed and the butterfly valve was tested with numerical methods through 0, 15, 30, 45, 60, 75 and 90 degrees flap angles. A package, called the Flow Simulation, was utilized in the analyses. An optimization analysis was carried out on the flap mechanism to minimize the drag force generated on the flap and fluid. Besides, the mass of the flap mechanism was reduced. Aerodynamic advantage was provided by reducing the Cd coefficient (the fluid resistance force on the flap proportional to the coefficient of resistance). Thus, load on the flap was reduced and due to decreasing Cd coefficient, drag forces on the flap were lowered compared to the existing design.

As a result of these studies, actuation of the flap was simplified by reducing Cd coefficient and pressure differential. Thus, opening and closing of the valve have become easier.

When structurally analyzed, the new flap mechanism is lighter than the existing design thus metal is saved. The new flap mechanism has become stronger thus deformation under load is now reduced. Thus, gains were obtained in economic as well as engineering points of view.