Boyler kazanların serpantin borularında gerilme analizi
Stress analysis in serpantine pipes of boiler
Yazar: FATİH ASLAN
Danışman: PROF. DR. KEMAL YILDIZLI
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Basınç gerilmesi = Compressive stress ; Eksenel basınç = Axial pressure ; İnce cidarlı yapılar = Thin-walled structures

Özet:
Boylerler farklı türleri bulunan ısı kaynaklarından sağlanılan ısı enerjisini, bünyesinde bulundurmuş olduğu akışkanın içerisinde depolayan mekanik tesisat elemanlarıdır. Isı kaynaklarından gelen akışkanı, boyler kazanlarının içerisinde bulunan serpantin adı verilen kıvrımlı borularda dolaşımını sağlar. Bu sayede boyler haznesinde bulunan akışkana serpantin borularında dolaşan enerji aktarımı sağlanarak, akışkanın ısınması sağlanır. Serpantin, düz bir konstrüksiyona sahip boruların uç uca kaynaklanarak tasarıma uygun şekilde bükülmesi ile oluşur. Oluşan bu kıvrımlı tasarımın içerisinde akışkanın hareket edebilmesi için basınç etki eder. Etki eden bu basınç, boru yüzeyinde gerilmelere sebep olmaktadır. Küresel bir sorun haline gelen enerji krizi, boyler vb. enerji tasarrufu sağlayan endüstriyel ürünlerin kullanımının yaygınlaşmasına sebep olmuştur. Kullanımının yaygınlaşması ile beraber çatlak sızdırmazlık vb. gibi sorunlar da artmaya başlamıştır. 
Bu çalışmada tesisat sisteminde çalışır halde bulunan boylerlerin, serpantin borularında meydana gelen çatlama sorunlarına sebep olan gerilmeler araştırılmıştır. Serpantin borusunun, bilgisayar destekli tasarım programında modellemesi yapılmıştır. Yapılan üç boyutlu modele sistemde etki eden 15 bar'a kadar olan basınç kuvvetleri analiz programında tanımlanarak uygulanmıştır. Uygulanan basınçlar neticesinde kritik noktalar analiz programında belirlenmiştir. Kritik noktaların belirlenmesi ile belirlenen noktalara strain gauge adı verilen gerinim ölçer bantlar yapıştırılmıştır. Değişken şartlarda voltaj ölçümleri devreler vasıtası ile alınarak gerinim hesapları yapılmıştır. Elde edilen gerinim değerleri çalışmada sunulmuştur.

Abstract:
Boilers are mechanical installation elements that store the heat energy provided from different types of heat sources in the fluid it contains. It circulates the fluid coming from heat sources in curved pipes called serpentines located inside the boiler boilers. In this way, the fluid in the boiler chamber is heated by transferring the energy circulating in the serpentine pipes. Serpentine is formed by welding pipes with a straight construction end to end and bending them in accordance with the design. Pressure acts inside this curved design in order for the fluid to move. This pressure causes stresses on the pipe surface. The energy crisis, which has become a global problem, has led to the widespread use of energy-saving industrial products such as boilers. With the widespread use, problems have also started to increase. The problems encountered in boilers are generally the incomplete use of the equipment by the consumer, serpentine burst and sealing elements problems. Among the aforementioned problems, serpentine burst is one of the most common manufacturer-related faults.
In this study, the stresses that cause cracking problems in the serpentine pipes of the boilers operating in the installation system were investigated. The serpentine pipe was modeled in a computer-aided design program. Pressure forces up to 15 bar acting on the system were defined and applied to the three-dimensional model in the analysis program. As a result of the applied pressures, critical points were determined in the analysis program. Strain gauge tapes called strain gauges were attached to the points determined by determining the critical points. Voltage measurements under varying conditions were taken by means of circuits and strain calculations were made. The strain values obtained are presented in the study.