Özgül hız değerine bağlı olarak Francis tipi türbin çarkı tasarımı ve performansın analizi
Design of the Francis type turbine runner and analysis ofperformance depending on specific speed value
Yazar: BUĞRA YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ADNAN SÖZEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Francis türbini = Francis turbine ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Hidroelektrik = Hydroelectric

Özet:
Kızılırmak Nehri üzerine kurulmuş olan Hirfanlı Hidroelektrik Santrali, Kırşehir ili, Kaman ilçesi, Hirfanlı köyü yakınlarında olup Ankara'ya yaklaşık 150 km mesafede bulunmaktadır. Hirfanlı Hidroelektrik Santrali 1960 yılında işletmeye açılmış olup günümüze kadar rutin bakım işlemleri dışında herhangi bir büyük ölçekli yenileme çalışmasına tabi tutulmamıştır. Santralde her biri 32 MW gücünde 4 adet Francis tipi türbin çarkı bulunmaktadır. Üretici bilgilerine göre santralin devreye alındığı 1960 yılında %92 olan türbin en yüksek hidrolik verimi 2020 yılında gerçekleştirilen verim ölçümünde %87,9 olarak ölçülmüştür. Türbin çarkları yıllar içerisinde kavitasyon aşınması sebebiyle performans kaybına uğramış olup bunun yanı sıra titreşim ve gürültü sorunları ile karşı karşıya kalınmıştır. Türbin çarklarında meydana gelen bu tip sorunların üretime ara verilerek bakım işlemleriyle giderilmeye çalışılmasıyla santralin emre amadeliği aksamakta aynı zamanda bu durum gelir kaybına sebep olmaktadır. Bu sebeplerle türbin çarklarının yeniden tasarlanıp üretilmesi ve montajının tamamlanması ihtiyacı doğmuştur. Bu çalışmada, Hirfanlı Hidroelektrik Santrali'nde kullanılmak üzere kavitasyona uğramadan yüksek verimle çalışacak Francis tipi türbin çarkının hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile tasarımı ve model testi üzerinde çalışılmıştır. Çalışmalar sırasında santralde bulunan türbin çarklarının özgül hız, debi, düşü vb. karakteristik değerleri göz önüne alınarak yeni tasarlanan türbin çarkının performansı ve model test sonuçları incelenmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile %94,95 olarak bulunan türbinin en yüksek hidrolik verimi model test ile de doğrulanmıştır.

Abstract:
Hirfanlı hydroelectric power plant, built on the Kızılırmak River, is located near Hirfanlı village, Kaman district, Kırşehir province, approximately 150 km from Ankara. Hirfanlı Hydroelectric Power Plant was commissioned in 1960 and has not been subjected to any large-scale rehabilitation work other than routine maintenance until today. The power plant has 4 Francis type turbine runner, each with a power of 32 MW. According to the turbine manufacturer information, the maximum turbine efficiency, which was 92% in 1960, the year the power plant was commissioned, decreased to 87.9% according to the efficiency measurements carried out at the power plant in 2020. Over the years, the turbine runners have suffered from performance loss due to cavitation wear, as well as vibration and noise problems. When such problems occurring in turbine runners were tried to be eliminated with maintenance operations by interrupting production, the availability of the power plant was disrupted and it also caused loss of income. For these reasons, there was a need to redesign and manufacture the turbine runners and complete the installation. In this study, the design with CFD method and model test of a Francis type turbine runner that will operate with high efficiency without cavitation for use in Hirfanlı Hydroelectric Power Plant was studied. During the studies, the performance and model test results of the newly designed turbine runner was analyzed by considering the characteristic values such as specific speed, flow rate, head, etc. of the turbine runners in the power plant. The highest hydraulic efficiency of the turbine, calculated as 94.95% by the computational fluid dynamics method, was also confirmed by model testing.