Rüzgar türbin santrali kritik bağlantı elemanlarının vida dişlerindeki mikro sertlik değerlerine imalat parametrelerinin etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of manufacturing parameters on the micro hardness values on screw threads of wind turbine plant critical fittings
Yazar: DERGAH UYSAL
Danışman: DOÇ. DR. MEMDUH KARA
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ankrajlar = Anchorages ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Rüzgar santralleri = Wind plants ; Vickers sertliği = Vickers hardness

Özet:
Rüzgâr enerji santralleri(RES) üzerine gelen tonlarca farklı yöndeki kuvveti gövdesi ve kanatlarıyla karşılar, enerji üretir. Tüm bu yüklere RES' in kritik bağlantı elemanları mukavemet gösterir. Rüzgar türbinlerini oluşturan parçalar; nacelle, hub, kule, alt kule, kanatlar ve bağlantı elemanları' dır. RES'leri ayakta tutan, kule ve alt kuleyi zemine bağlayan ankraj kafesleridir. Bu ankraj kafesleri, alt üst olmak üzere iki tam daire plaka ve iki plaka arasındaki somun akupleli ankraj bağlantı elemanlarından oluşur. Dolayısıyla kuleyi ayakta tutan en önemli bağlantı parçası iki ucu dişli bu saplamalardır. İki ucu dişli saplamalar RES'lerin kapasitelerine göre boyutlandırılır ve buna bağlı olarak da çap ile boyları değişir. Yalnızca iki ucunda belirli boyda diş açılmış bu saplamaların diş boyları da değişkenlik gösterir. Ankraj kafesi bir kısmı betona gömülür ve diğer dışarıda kalan kısma ise RES gövde flanşına bağlanır. Saplamaların dişleri ovalayarak diş açma yöntemiyle açılır. Saplamalarda kullanılan diş boyları diş açma kalıplarından daha uzun boyda olduğundan, saplamalara ovalayarak diş açma kalıp çeşitlerinden olan ring roleler (ovalama topu, vals, diş açma kalıbı) ile ISO 898-1 standartlarına göre diş açılır. 
Metrik ölçülerde üretilen bu saplamaların imalatı, metrik bağlantı elemanlarının mekanik ve fiziksel özelliklerini tanımlayan ISO 898-1 ulusları arası standartlarına göre gerçekleştirilir. Standart, 10°C ilâ 35°C ortam sıcaklığında çalışan bağlantı elemanlarının mekanik ve fiziksel özelliklerini kapsar. Standarda göre 320-380 HV sertlik aralığında olması beklenen dişteki sertlik dağılım aralığı, rüzgâr enerji firmaları tarafından genişletilebilmektedir. Tez çalışmasında, 32CrB4 ve 34CrMo4 ıslahlı çeliklere diş açma sonrası, dişlerdeki Vickers sertlik dağılımının 320-390 HV arasında kalması hedeflenmiştir. Deneysel çalışmaların test sonuçları ISO 17025 akrediteli laboratuvarda elde edilmiştir. Vickers sertlik ölçümleri ISO 6507-1 standardına göre gerçekleştirilmiştir.
RES saplamaları günümüzde ağırlıklı olarak 10.9 ıslahlı çelikten üretilir. Isıl işlemi yapılmış çeliklere diş açılması, ısıl işlem kusurlarının diş açma sonrasında manyetik test ile tespit edilmesini sağlamaktadır. Tüm RES saplamalarına diş açma sonrası %100 manyetik partikül testi ile çatlak kontrolü yapılmaktadır.  32CrB4 ve 34CrMo4 hammaddelerden üretimi gerçekleştirilen saplamaların şaft Vickers sertlikleri ölçülmüş sonrasında aynı numunelere sabit ve standart kabul edilen devirde diş açılmıştır. Saplamaların dişlerdeki Vickers sertlik dağılımı ölçümleri belirlenmiştir. Belirlenen aralığın dışına çıktığı gözlenen saplamaların ilk olarak ovalama prosesinde, prosesteki en önemli parametrelerden olan mil devri ( ovalama rolesi devri) üzerinde deneme çalışmaları yapılmıştır. 28 ve 40 devirde ovalayarak diş açma denemeleri belirlenen numuneler için gerçekleştirilmiştir. Devir sayısının diş açma sonrası dişlerdeki Vickers sertlik dağılımına etkisi incelenmiştir.
Diş açma devir sayısının etkisi dikkate alınarak, diş açma kalıp dizaynında değişiklikler yapılmış ve deneysel çalışmalara devam edilmiştir. Diş açma kalıplarından giriş uzunlukları 7 giriş, 12 giriş ve 16 giriş olan kalıplar imal edilerek deneysel çalışmalar bu kalıplarla numunelere diş açılarak gerçekleştirilmiştir. Ovalayarak diş açma prosesinde uzun diş boylarında kullanılan diş açma kalıbı çeşidi olan ring rolelerin giriş uzunlukları değiştirilerek, dişin nihai yüksekliğine daha uzun giriş uzunluğu ile ulaşmasını sağlayacak tasarımla soğuk deformasyon hızının düşürülüp Vickers sertlik dağılımının istenilen aralıkta tutulmasına etkisi incelenmiştir.

Abstract:
Wind power plants (WPP) resist tons of force in different directions with their body and wings and generate energy. The parts that make up the wind turbines are Nacelle, Hub, Tower, Sub-Tower, Blades, and fasteners. It is the anchor bolts cages that keep the WPPs sustain and connect the tower and lower tower to the ground. These anchor cages consist of two full circle plates, upside down, and anchor fasteners with nuts assembled between the two plates. Therefore, the most important connection piece that keeps the tower sustain is these two-end threaded anchor bolts. Two-end threaded anchor bolts are sized according to the capacities of the WPP, and accordingly, their diameters and lengths change. The thread lengths of these anchor bolts, which only have a certain length of thread on both ends, also vary. A part of the anchor cage is embedded in the concrete and the WPP body flange is connected to the other part that is outside. The threads of the anchor bolts are opened by thread rolling. Since the thread lengths used in the anchor bolts are longer than the thread Rolling dies, threads are rolled according to ISO 898-1 standard with ring rollers (rolling ball, roller, thread rolling die), which is one of the types of thread rolling dies by rolling on the anchors. Since the thread lengths used in the anchor bolts are longer than the thread rolling dies threads are rolled according to ISO 898-1 standard with ring rollers (rolling ball, roller, thread rolling die) which is one of the types of thread rolling dies 
The production of these anchor bolts, which are produced in metric sizes, is carried out according to the international standards ISO 898-1, which define the mechanical and physical properties of metric fasteners. The standard covers the mechanical and physical properties of fasteners operating at the ambient temperature of 10°C to 35°C. The hardness distribution range in the threads, which is expected to be in the 320-380 HV hardness range according to the standard, can be extended by wind energy companies. In the thesis study, it was aimed to keep the Vickers hardness distribution in the thread between 320-390 HV after thread rolling 32CrB4 and 34CrMo4 tempered steel raw materials. The test results of the experimental studies were obtained in an ISO 17025 accredited laboratory. Vickers hardness measurements were carried out according to the ISO 6507-1 standard.
WPP anchor bolts are currently predominantly produced from 10.9 tempered steel. Threading heat-treated steels ensures that heat treatment defects are detected by magnetic testing during threading. All WPP anchor bolts are checked for cracks with 100% magnetic particle testing after threading. In the thesis study, experimental studies aiming to produce the Vickers hardness distribution in the threads of WPP anchor bolts in a determined range were carried out. The shaft Vickers hardness of the anchor bolts produced from 32CrB4 and 34CrMo4 raw materials were measured, and then the same samples were threaded at a fixed and standard rpm. Vickers hardness distribution of anchor bolts threads was obtained. In the rolling process of the anchor bolts, which were observed to go out of the specified range, first trial studies were carried out on the spindle speed (thread rolling dies rpm), which is one of the most important parameters in the process. The experiment of thread rolling was made with 28 and 40 rpm to determine samples. The effect of the rpm on the Vickers hardness distribution in the threads after thread rolling was investigated.
Considering the effect of thread rolling rpm, changes were made in thread rolling dies design and experimental studies were continued. The effect of reducing the cold deformation rate and keeping the Vickers hardness distribution in the desired range was investigated by changing the inlet lengths of the ring rollers, which are the type of thread rolling dies used for long thread lengths in the thread rolling process.