Kompresör ve Türbin Palelerinin Fikstür Tasarımlarının Parametrik Analiz ve Sonlu Eleman Simülasyonları ile İncelenmesi
Investigations on the Fixture Designs of Compressor and Turbine Blades with Parametric Analysis and Finite Element Simulations
Yazar: Poyraz, Özgür; Yandı, Nurullah
Dergi: Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi No. 28, 2021
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Blade Manufacturing,Fixture Design,Finite Element Method,MANOVA ; Pale İmalatı,Fikstür Tasarımı,Sonlu Elemanlar Metodu,MANOVA

Servis ömürleri boyunca aşınma, korozyon, yorulma ve sürünme gibi pek çok sayıda olumsuz koşula maruz kalan kompresör ve türbin paleleri, ayrık tasarlanırlar ve türbin disklerine özel kök geometrileri ile bağlanırlar. Kaba haldeki paleler genellikle döküm yoluyla üretilir ve yüksek hassasiyet gerektirdiklerinden çoğunlukla sürünme ilerlemeli taşlama ile işlenir. Söz konusu palelerin gerek işleme gerekse ölçüm aşamasında sabitlenmesi için sıkça uygulanan yöntemlerden biri, pimli mekanik fikstürler ile bağlamadır. Geometrik açıdan oldukça ince ve maliyet açısından oldukça pahalı olan paleleri sabitlemek için kullanılacak pimli fikstürlerin yanlış tasarlanması ve/veya uygulanması, bu hassas parçalara zarar verebilir ve hatta ıskartaya çıkmalarına sebep olabilir. Geçmişte yapılan ve literatürde yayınlanan çalışmalar kapsamında farklı pim yerleşim ve konfigürasyonlarının ve de uygulanan bağlama kuvvetlerinin ince ve hassas olan türbin palelerindeki etkileri gözlemlenmektedir. Bununla beraber aynı araştırmacılar tarafından aynı yaklaşımla yapılan ve söz konusu değişkenlerin sonuca tesirleri ve birbirleri ile etkileşimlerini sistematik olarak ele alan yayınlar açısından eksiklik bulunmaktadır. Yapılan bu çalışmada kompresör ve türbin palelerinin fikstür tasarımlarının sistematik analizleri gerçekleştirilmektedir. Bu kapsamda güncel uçak motorları ile uyumlu ölçülere sahip iki adet pale geometrisi oluşturulmuş ve bu paleleri sabitleyen pimlerin yerleşimleri ile bağlama kuvvetlerini dikkate alan, Taguchi yöntemi ile uyumlu deney tasarımları planlanmıştır. Deney tasarımında planlanan farklı senaryolar sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiş ve sonuçlar üzerinde çok değişkenli varyans analizleri (MANOVA) yapılmıştır. Yapılan farklı analizlerde ulaşılan ve birbirleri ile uyumlu olan sonuçlara göre, palelerin fikstüre sabitlenmesi sırasında uygulanan kuvvet, pale boyutu ve pale uç bölgesindeki pim yerleşiminin deformasyonlar açısından kayda değer etkisi olduğu görülmüştür.

Compressor and turbine blades are designed separately and connected to the turbine discs with special root geometries. The raw blades are often produced by casting and machined with creep feed grinding, since they require high precision. One of the most frequently applied methods for fixing these during the machining, is fastening these with mechanical pinned fixtures. Improper design or application of these fixtures during clamping of very thin and costly blades can damage these sensitive parts and even cause them to be scrapped. Within the scope of the previous studies, the effects of different pin layouts and configurations, as well as the applied clamping forces are observed. However, the influence of these variables on the results and their interactions with each other were not researched. In this study, systematical analyzes on the fixture designs of the compressor and turbine blades are carried out. In this context, two blade geometries with dimensions compatible with current aircraft engines were created, and design of experiments compatible with the Taguchi method were planned, considering the layout of the pins and the clamping forces. Different scenarios planned in the experimental design were examined with the finite element method, and multivariate analyzes of variance (MANOVA) were performed on the result. According to the results obtained in different analyzes and which are compatible with each other, it has been observed that the force applied during the fixing of the blades to the fixture, the blade size and the pin placement in the blade tip region have significant effects on deformations.